EP2820111B1 - Composition de carburant liquide de forte puissance pour moteurs a allumage commande - Google Patents

Composition de carburant liquide de forte puissance pour moteurs a allumage commande Download PDF

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EP2820111B1
EP2820111B1 EP13707345.8A EP13707345A EP2820111B1 EP 2820111 B1 EP2820111 B1 EP 2820111B1 EP 13707345 A EP13707345 A EP 13707345A EP 2820111 B1 EP2820111 B1 EP 2820111B1
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    • C10L2270/023—Specifically adapted fuels for internal combustion engines for gasoline engines

Definitions

  • the present invention relates to liquid fuel compositions for gasoline-ignition, gasoline-type, atmospheric or turbocharged engines and, more particularly, to high-performance gasoline fuel compositions and their use.
  • petrol fuels marketed in Europe, compliant with the EN 228 standard have a motor octane number (MON Motor Octane Number) greater than 85 and a research octane number (RON Research Octane Number) of a minimum of 95. These fuels are suitable for the vast majority of automotive engines.
  • nitroparaffins especially nitromethane which has a mass ICP of 10512 kJ / kg, have been used in competitive fuel compositions. But, nitromethane, like nitroparaffins, are now banned in most sports regulations of automobile competitions.
  • aromatic structures for example cyclopentadiene
  • diolefin for example butadiene or isoprene
  • naphthenes for example cyclopentane, olefins, for example di-isobutene, and certain aromatics, especially ethylbenzene, burn faster than the average of the other fuel components (source JC Guibet, Technip Publishing, 1997 edition, chapter 7, Fuels for Motor Competition, page 732-739 ).
  • unleaded gasoline fuel compositions for competitive engines which comprise at least four components selected from butane, isopentane, toluene, MTBE (methyl tert-butyl ether) and an alkylate.
  • the document WO2010 / 014501 describes unleaded gasoline fuel compositions comprising at least 45% by volume of branched paraffins, at most 34% by volume of one or more mono- and di-alkylated benzenes, of 5 to 6% by volume of at least one linear paraffin having 3 to 5 carbon atoms (denoted C3-C5), one or more alkanols having 2 to 4 carbon atoms (denoted C2-C4), in an amount sufficient to increase the octane number ie (RON + MON) / 2 of at least 93.
  • These compositions have high torque and maximum power.
  • the object of the present invention is to improve the performance of petrol fuel compositions, in particular the competition fuel compositions.
  • the objective is to increase the power of a spark ignition engine, atmospheric or turbocharged, during the combustion of the gasoline fuel composition in said engine.
  • This object is achieved by the use of at least one unsaturated C4-C5 alcohol in a gasoline fuel composition, to improve the power of a spark ignition engine, atmospheric or turbocharged, during combustion.
  • the object of the present invention is based on the finding by the applicant that the addition of a C4-C5 unsaturated alcohol in a fuel composition has a so-called “booster effect" of a spark ignition engine, atmospheric or turbocharged, during the combustion of said fuel. This "booster” effect is all the more marked for a turbocharged spark ignition engine.
  • power booster means an increase in the power released during the combustion of said fuel in an engine due to the addition of said alcohol in the fuel, in other words, obtaining an improvement in power. the engine speed by adding said alcohol in the fuel.
  • the invention relates to the use of at least one unsaturated C4-C5 alcohol in a gasoline fuel composition, to improve the power of at least 2 HP (horsepower) for engine speeds ranging from 3000 to 8250 rpm, 2 CV corresponding to nearly 1472 Watt.
  • the gasoline fuel composition is a competitive fuel composition.
  • the present invention relates to gasoline liquid fuel compositions of which the RON is preferably greater than or equal to 95 and the MON of greater than or equal to 85, the RON and MON being measured according to ASTM D 2699-86 or D 2700-86 and comprising at least one unsaturated C4-C5 alcohol having 4 to 5 carbon atoms.
  • the present invention also relates to a gasoline fuel composition having the characteristics indicated above and comprising at least one unsaturated C4-C5 alcohol.
  • the unsaturated C 4 -C 5 alcohol is preferably chosen from 3-methyl-2-butene-1-ol, also called Prenol and 3-methyl-3-butene-1-ol, also known as iso-Prenol and their mixed.
  • a preferred composition comprises a single unsaturated C 4 -C 5 alcohol, preferably Prenol or iso-Prenol.
  • the fuel composition preferably comprises from 3 to 22% by volume, advantageously from 5 to 15% by volume, more preferably from 5 to 10% by volume of at least one unsaturated C 4 -C 5 alcohol.
  • composition preferably comprises 3-methyl-2-butene-1-ol and / or 3-methyl-3-butene-1-ol, alone or in admixture with at least one other unsaturated alcohol.
  • a preferred fuel composition comprises from 3 to 22% by volume, preferably from 5 to 15% by volume, more preferably from 5 to 10% by volume of a single unsaturated C 4 -C 5 alcohol, advantageously 3-methyl -2-butene-1-ol or 3-methyl-3-butene-1-ol.
  • the C 4 -C 5 unsaturated alcohol is preferably selected from 3-methyl-2-butene-1-ol, 3-methyl-3 -butene-1-ol and their mixture.
  • the fuel composition may advantageously comprise a single unsaturated C 4 -C 5 alcohol, preferably 3-methyl-2-butene-1-ol or 3-methyl-3-butene-1-ol.
  • the composition may comprise from 5 to 10% by volume of a single C 4 -C 5 unsaturated alcohol consisting of 3-methyl-2-butene-1-ol.
  • the sum of the volume percentages of the constituents of the composition may advantageously be equal to 100%.
  • gasoline fuel compositions according to the invention may comprise one or more additives.
  • the gasoline fuel composition may comprise at least one detergent additive, known per se, ensuring the cleanliness of the intake circuit.
  • valve anti-recession additives may also be incorporated in the fuel compositions according to the invention, such as valve anti-recession additives and antioxidants.
  • the electrical conductivity of the fuel is greater than 200pS / m. To do this, one can add at least one additive lowering the electrical conductivity.
  • the object of the present invention also relates to a process for preparing a gasoline fuel composition as defined above.
  • Mixtures of the pure amounts of the fuel composition such as, for example, mixtures of toluene, isooctane, isopentane, isoprene and 3-methyl-2-butene-1-ol, may be mixed into the chosen amounts.
  • bases and / or fuel cuts in particular hydrocarbon cuts, resulting from the refining of petroleum products.
  • Bases and / or cuts from refineries are well known to those skilled in the art of refining petroleum products.
  • reformate, alkylate, isomerate and FCC (Fluid Catalytic Cracking) bases which are hydrocarbon bases readily available in refineries.
  • the pure chemical compounds may be from other sources, in particular, for ethers, unsaturated alcohols or not, olefins and diolefins.
  • the reformate type bases consist essentially of alkylaromatic (or simply aromatic).
  • the reformate bases are generally derived from the reforming of the direct distillation species and isopentane.
  • the reformates generally consist of a hydrocarbon fraction containing at least 70%, preferably at least 85% by volume of aromatics comprising toluene (in general from 35 to 75%, preferably from 45 to 70% by volume).
  • C8 alkylaromatic generally 15 to 50% by weight of ethylbenzene, and ortho, meta, para-xylene
  • C9 alkylaromatic generally 5 to 25% by weight of propylbenzene, methylethylbenzenes and trimethylbenzenes).
  • the absolute contents and relative proportions of the various components may vary with the cutting points, the nature of the feedstock sent to the reforming, the type of catalyst used and the operating conditions of the reforming.
  • the reformate type bases used in the context of the present invention contain less than 1% by volume of benzene.
  • reformed bases may contain paraffins, iso and n-paraffins, generally present in an amount of less than or equal to 5% by volume.
  • the alkylate type bases consist essentially of isoparaffins comprising from 6 to 9 carbon atoms and, preferably, from at least 90% by volume of isoparaffins comprising from 6 to 9 carbon atoms.
  • the alkylates generally comprise at least 95%, preferably at least 98.5% by volume of isoparaffins, of which at least 65%, preferably at least 70%, and advantageously at least 80% by volume of C 8 isoparaffins. .
  • the alkylate bases may contain at least 45%, preferably at least 48% by volume of isooctane, and preferably at least 30%, preferably at least 34% by volume of the other C 8 isoparaffins.
  • alkylate bases can come from different crude oil processing processes, generally present in refineries.
  • the alkylate bases are conventionally derived from the process of alkylation of isobutane with light olefins, for example butene-1, which will lead to the isooctane.
  • the preferred alkylate bases contain predominantly isooctane.
  • the bases of isomerate type are light bases belonging to the family of paraffinic hydrocarbons. They consist essentially of C 4 and / or C 5 isoparaffins and preferably comprise at least 80% by volume, advantageously at least 90% by volume, of C 4 or C 5 isoparaffins.
  • isopentane section preferably comprise at least 90% by volume of isopentane and advantageously at least 95% by volume of isopentane: this is called isopentane section.
  • the isomer bases do not generally contain more than 1% by volume of olefins.
  • These light paraffinic bases may, for example, come from Lighter fractions of distillate produced by atmospheric distillation of crude oil and / or from isomerization units of alkanes.
  • Fluid catalytic cracking FCC bases or cups are rich in aromatics and olefins.
  • Olefins can come from refineries and / or renewable materials.
  • isoprene which may come from the cracking of naphtha but also from plants or animals which synthesizes it, although in very small quantities.
  • the C1-C4 alcohols may or may not come from renewable resources of plant origin (for example ethanol from beet, corn, sugar cane, ..) but also algae or micro fermentation. -organisms.
  • Each base or cup used in the fuel composition according to the invention may have undergone, in all or in part, a desulfurization treatment and / or denunciation and, possibly, misstatement at any stage of its elaboration.
  • bases which have been hydrotreated under more or less severe conditions including hydrodesulfurization and / or saturation of aromatic and olefinic compounds and / or hydrodenitrogenation may be used.
  • a base or a hydrocarbon cut is "essentially composed of the compounds ." means that said compounds represent at least 70% of the volume of said base.
  • the fuel compositions according to the invention advantageously have a sulfur content measured according to the ASTM D1266 or ASTM D2622 standard, less than or equal to 100 mass ppm, preferably less than or equal to 50 ppm by weight, and even more advantageously less than or equal to at 10 mass ppm.
  • the fuel compositions according to the invention have a lead content in general of less than or equal to 0.5 g / L (added for example in the form of tetraethyl lead) and, preferably, are lead-free that is to say not containing lead or additive (s) with added lead.
  • the invention also relates to the use of a fuel composition defined above as a high-power spark ignition engine fuel, preferably for atmospheric or turbocharged engine competition circuits and rallies.
  • the present invention also relates to the use of at least one unsaturated C4-C5 alcohol in a petrol fuel, for improving the power of the spark-ignition engine, atmospheric or turbocharged, during combustion, of at least one delta of power of 2 HP, preferably at least 3 HP, depending on the engine speed considered, for engine speeds ranging from 3000 to 8250 rpm compared to an oxygenated competition petrol with RON of 101.5 and a MON of 89.5.
  • the unsaturated alcohol (s) C4-C5 is / are incorporated into a gasoline fuel used in a turbocharged engine to improve its power.
  • 3-methyl-2-butene-1-ol and / or 3-methyl-3-butene-1-ol are used, the presence of 3-methyl-2-butene-1-ol being particularly preferred. preferred.
  • the concentration by volume of unsaturated C 4 -C 5 alcohol in the petrol fuel is preferably between 3 and 22%, more preferably between 5 and 15%, even more preferably between 5 and 10% by volume.
  • a single C 4 -C 5 unsaturated alcohol which is advantageously 3-methyl-2-butene-1-ol, is used.
  • the volume concentration of 3-methyl-2-butene-1-ol in the petrol fuel is preferably between 3 and 22%, more preferably between 5 and 15%, more preferably 5 to 10% by volume.
  • a competitive fuel composition is prepared by mixing at room temperature the pure chemical compounds listed in Table 1 below.
  • Table 1 Component (% vol) Fuel C xylene 31 isooctane 25 isopentane 7 3-methyl-2-butene-1-ol 8 isoprene 18 Ethanol 5 diisobutylene 6 Total 100
  • the power test consists of establishing power curves for engine speeds ranging from 3000 to 8250 rpm in steps of 500 rpm and to perform a point at 8250 rpm.
  • Table 4 The results are listed in Table 4 below. The results shown represent a power delta in CV measured against an oxygenated competition gasoline of RON 101.5 and MON 89.5. Table 4 Engine Speed (rpm) Elf Turbo Evo Fuel C 3000 9 11 3500 7 12 4000 8 13 4500 9 13 5000 8 13 5500 6 11 6000 3 6 6500 0 3 7000 2 4 7500 3 5 8000 3 4 8250 3 4
  • the power gain can be up to 6 HP at 4000tr / min.
  • the C fuel allows a power gain of up to 13 HP over the 4000 to 5500 rpm range.

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Description

  • La présente invention concerne des compositions de carburant liquide pour moteurs à allumage commandé de type essence, atmosphériques ou turbocompressés et, plus particulièrement, des compositions de carburant essence de forte puissance et leur utilisation.
  • Les carburants de type essence utilisables dans les moteurs à allumage commandé, atmosphériques ou turbocompressés, notamment ceux des véhicules automobiles, ont des indices d'octane suffisamment élevés pour éviter le phénomène de cliquetis. Typiquement, les carburants essence commercialisés en Europe, conformes à la norme EN 228 ont un indice d'octane moteur (MON Motor Octane Number) supérieur à 85 et un indice d'octane recherche (RON Research Octane Number) d'un minimum de 95. Ces carburants conviennent pour la grande majorité des moteurs automobiles.
  • Pour les moteurs de forte puissance et, notamment, pour les moteurs de compétition automobile, les principales qualités souhaitées pour les carburants alimentant un moteur de compétition sont :
    • un haut pouvoir calorifique inférieur (PCI), qu'il soit volumique ou massique. Le PCI représente la quantité d'énergie comprise dans un volume ou une masse de carburant donné. Plus cette valeur d'énergie est importante et plus il sera possible d'extraire de la chaleur du carburant. Cette énergie thermique pourra être par la suite transformée par le moteur en énergie mécanique afin d'en extraire plus de puissance. Pour certaines applications, l'augmentation du PCI massique ou volumique permettra d'augmenter l'autonomie en course et donc de réduire la fréquence des ravitaillements ;
    • une vitesse de combustion élevée. La vitesse de combustion représente la vitesse à laquelle le front de flamme se propage dans la chambre de combustion. La vitesse de combustion permet d'atteindre plus rapidement le pic de pression dans la chambre lors du process d'un cycle de combustion, impactant sur la qualité du rendement moteur. Une augmentation de la vitesse de combustion permet de diminuer la durée d'une phase de combustion, paramètre primordial pour la recherche de puissance sur les moteurs ayant une vitesse de rotation élevée.
    • une forte résistance au cliquetis et au pré-allumage avec des indices d'octane « recherche » (RON) et « moteur » (MON) élevés. Si les indices d'octanes sont insuffisants par rapport au taux de compression appliqué sur le moteur, le phénomène de cliquetis ou auto-allumage du carburant peut apparaitre, ce qui peut fortement endommager le moteur et dramatiquement réduire la performance de ce dernier.
    • Une teneur en oxygène optimisée. Les composés oxygénés introduits dans les formulations des essences ayant une chaleur latente de vaporisation supérieure à celles des molécules hydrocarbonées, ils auront le fort avantage lors de l'injection du carburant de refroidir plus la veine d'air, augmentant ainsi le remplissage en air. Il faut cependant savoir maitriser l'apport en oxygène par le carburant pour ne trop pas diminuer le ratio Air/Carburant si le carburant est trop riche en oxygène.
  • Afin de faire varier le PCI massique ou volumique, plusieurs familles de molécules ont été historiquement utilisées : les nitroparaffines, notamment le nitrométhane qui a un PCI massique de 10512 kJ/kg, ont été utilisées dans des compositions de carburant de compétition. Mais, le nitrométhane, comme les nitroparaffines, sont maintenant interdites dans la plupart des règlements sportifs des compétitions automobiles.
  • D'autres composés ont également été étudiés et utilisés dans des carburants de compétition. Pour augmenter le PCI, on peut utiliser des structures aromatiques (toluène, xylène) ou encore des composés de type cyclodioléfines (par exemple le cyclopentadiène) ou dioléfines (par exemple le butadiène ou l'isoprène).
  • Il est également connu que les naphtènes, par exemple le cyclopentane, les oléfines, par exemple le di-isobutène, et certains aromatiques, notamment l'ethylbenzène brûlent plus rapidement que la moyenne des autres composants des carburants (source JC Guibet, Editions Technip, édition 1997, chapitre 7, Les carburants pour la compétition automobile, page 732-739).
  • A titre d'exemple, le document US-A-4812146 décrit des compositions de carburants d'essence sans plomb pour moteurs de compétition qui comprennent au moins quatre composants choisis parmi le butane, l'isopentane, le toluène, le MTBE (méthyl tert-butyl éther) et un alkylat.
  • Le document WO2010/014501 décrit des compositions de carburants essence sans plomb comprenant au moins 45 % en volume de paraffines ramifiées, au plus 34 % en volume d'un ou plusieurs benzènes mono- et di-alkylés, de 5 à 6 % en volume d'au moins une paraffine linéaire ayant de 3 à 5 atomes de carbone (noté C3-C5), un ou plusieurs alcanols ayant de 2 à 4 atomes de carbone (noté C2-C4), en quantité suffisante pour augmenter l'indice d'octane i.e. (RON+MON)/2 d'au moins 93. Ces compositions ont un couple élevé et une puissance maximale.
  • US 2008 /0092929 décrit l'utilisation d'isoprénol dans un carburant essence.
  • Le but de la présente invention est d'améliorer les performances des compositions carburant essence, en particulier les compositions carburant de compétition. L'objectif est d'augmenter la puissance d'un moteur à allumage commandé, atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion de la composition carburant essence dans ledit moteur.
  • Ce but est atteint par l'utilisation d'au moins un alcool insaturé en C4-C5 dans une composition de carburant essence, pour améliorer la puissance d'un moteur à allumage commandé, atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion.
  • L'objet de la présente invention se base sur la constatation par la demanderesse que l'ajout d'un alcool insaturé en C4-C5 dans une composition carburant a un effet dit « booster de puissance» d'un moteur à allumage commandé, atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion dudit carburant. Cet effet « booster » est d'autant plus marqué pour un moteur à allumage commandé turbocompressé.
  • On entend par « booster de puissance», une augmentation de la puissance libérée lors de la combustion dudit carburant dans un moteur due à l'ajout dudit alcool dans le carburant, en d'autres termes, l'obtention d'une amélioration en puissance du régime moteur par ajout dudit alcool dans le carburant.
  • L'invention concerne, en particulier, l'utilisation d'au moins un alcool insaturé en C4-C5 dans une composition de carburant essence, pour améliorer la puissance d'au moins 2 CV (cheval-vapeur) pour des régimes moteur allant de 3000 à 8250 tr/min, 2 CV correspondant à près de 1472 Watt.
  • Selon un mode de réalisation particulier, la composition de carburant essence est une composition de carburant de compétition.
  • La présente invention concerne des compositions de carburant liquide de type essence dont le RON est, de préférence, supérieur ou égal à 95 et le MON supérieur ou égal à 85, les RON et MON étant mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86 et comprenant au moins un alcool insaturé en C4-C5 i.e. ayant de 4 à 5 atomes de carbone.
  • L'invention propose une alternative aux compositions de carburants essence de forte puissance existantes et, notamment, pour les carburants essence de compétition automobile (rallyes, circuits) dont les caractéristiques, actuellement en vigueur, se trouvent à l'article 9.1 des prescriptions de la Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) dans l'Annexe J- Art 252, publié le 11/11/10 et sont rappelées ci-dessous :
    • ▪ Pour les essences contenant du plomb i.e. une teneur inferieure ou égale à 0,4 g/L :
      • RON compris entre 97 et 100
      • MON compris entre 86 et 92
    • ▪ Pour les essences sans plomb :
      • RON compris entre 95 et 102
      • MON compris entre 85 et 90
  • Le MON et RON sont mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86.
    • ▪ Densité mesurée selon la norme ASTM D 4052 comprise entre 720 et 785 kg/m3
    • ▪ Teneur maximale en oxygène inférieure à 2,8 % masse ou inférieure à 3,7 %m si la teneur en plomb est inférieure à 0,013 g/L,
    • ▪ Teneur maximale en azote inférieure à 0,5% masse, mesurée selon l'ASTM D 3228,
    • ▪ Teneur en benzène inférieure à 5 % en volume, mesurée selon la norme ASTM D 3606,
  • La présente invention concerne également une composition de carburant essence ayant les caractéristiques indiquées ci-dessus et comprenant au moins un alcool insaturé en C4-C5.
  • L'alcool insaturé en C4-C5 est, de préférence, choisi parmi le 3-méthyl-2-butène-1-ol, également dénommé Prénol et le 3-méthyl-3-butène-1-ol, également dénommé isoPrénol et leur mélange.
  • Une composition préférée comprend un seul alcool insaturé en C4-C5, de préférence, le Prénol ou l'isoPrénol.
  • La composition de carburant comprend, de préférence, de 3 à 22 % en volume, avantageusement de 5 à 15% en volume, plus préférentiellement de 5 à 10% en volume d'au moins un alcool insaturé en C4-C5.
  • La composition comprend, de préférence, du 3-méthyl-2-butène-1-ol et/ou du 3-méthyl-3-butène-1-ol, seul(s) ou en mélange avec au moins un autre alcool insaturé en C4-C5.
  • Une composition de carburant préférée comprend de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 15% en volume, plus préférentiellement de 5 à 10% en volume d'un seul alcool insaturé en C4-C5, avantageusement, le 3-méthyl-2-butène-1-ol ou le 3-méthyl-3-butène-1-ol.
  • Selon un premier mode de réalisation particulier, la composition de carburant comprend :
    • de 20 à 35 % en volume d'hydrocarbures aromatiques, de préférence, choisis parmi les alkylbenzènes,
    • de 22 à 35 % en volume d'isoparaffines en C6- C9,
    • de 5 à 15 % en volume d'isoparaffines en C4- C5,
    • de 14 à 50 % en volume d'une ou plusieurs dioléfines en C4-C5 ayant, de préférence, deux liaisons éthyléniques conjuguées ;
    • de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 15 % en volume, d'au moins un alcool insaturé en C4-C5.
    • de 0 à 6 % en volume d'un ou plusieurs alcools paraffiniques ou isoparaffiniques en C1-C4, tels que le méthanol, l'éthanol, l'isopropanol et l'isobutanol ;
    • de 0 à 5 % en volume d'au moins un alkyl éther choisi, de préférence, parmi le MTBE (méthyl tert-butyl éther), l'ETBE (éthyl tert-butyl éther) et leur mélange,
    • de 0 à 6 % en volume d'une ou plusieurs isooléfines en C8, tel que le diisobutylène.
  • Selon un second mode de réalisation particulier, la composition de carburant comprend :
    • de 20 à 35 % en volume d'hydrocarbures aromatiques, de préférence, choisis parmi les alkylbenzènes,
    • de 22 à 35 % en volume d'isooctane,
    • de 5 à 15 % en volume d'isopentane,
    • de 14 à 50 % en volume d'isoprène,
    • de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 10 % en volume, d'au moins un alcool insaturé en C4-C5,
    • de 3 à 6 % en volume d'un ou plusieurs alcools paraffiniques ou isoparaffiniques en C1- C4 et,
    • de 3 à 6 % en volume d'une ou plusieurs isooléfines en C8, tel que le diisobutylène.
  • Selon un troisième mode de réalisation particulier, la composition de carburant comprend :
    • de 28 à 34 % en volume d'hydrocarbures aromatiques, de préférence choisis parmi les alkylbenzènes, avantageusement de toluène ;
    • de 22 à 28 % en volume d'isooctane ;
    • de 5 à 10 % en volume d'isopentane ;
    • de 14 à 50 % en volume d'isoprène,
    • de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 10 % en volume, d'au moins un alcool insaturé en C4-C5 ;
    • de 3 à 7 % d'un ou plusieurs alcools paraffiniques ou isoparaffiniques en C1-C4 et
    • de 3 à 8 % de d'une ou plusieurs isooléfines en C8, tel que le diisobutylène.
  • Dans les premier, second et troisième modes de réalisation particuliers décrits ci-dessus, l'alcool insaturé en C4-C5 est, de préférence, choisi parmi le 3-méthyl-2-butène-1-ol, le 3-méthyl-3-butène-1-ol et leur mélange.
  • En outre, la composition de carburant peut comprendre, avantageusement, un seul alcool insaturé en C4-C5, de préférence, le 3-méthyl-2-butène-1-ol ou le 3-méthyl-3-butène-1-ol. En particulier, la composition peut comprendre de 5 à 10 % en volume d'un seul alcool insaturé en C4-C5 constitué par le 3-méthyl-2-butène-1-ol.
  • Pour chacun des premier, second et troisième modes de réalisation particuliers, la somme des pourcentages en volume des constituants de la composition peut, avantageusement, être égale à 100%.
  • Outre les composés hydrocarbonés et oxygénés listés ci-dessus, les compositions de carburant essence selon l'invention peuvent comprendre un ou plusieurs additifs. En particulier, la composition de carburant essence peut comprendre au moins un additif détergent, connu en soi, assurant la propreté du circuit d'admission.
  • D'autres additifs peuvent également être incorporés dans les compositions de carburants selon l'invention, tels que des additifs anti-récession de soupapes et des anti-oxydants.
  • Afin d'assurer la sécurité maximale au cours des ravitaillements en carburants, il est également préférable que la conductivité électrique du carburant soit supérieure à 200pS/m. Pour ce faire, on peut ajouter au moins un additif abaissant la conductivité électrique.
  • L'objet de la présente invention concerne également un procédé de préparation d'une composition de carburant essence telle que définie précédemment.
  • On peut procéder par mélange, dans les quantités choisies, des composés chimiques purs constituant la composition de carburant, tels que par exemple par mélange de toluène, isooctane, isopentane, isoprène et 3-méthyl-2-butène-1-ol.
  • On peut également procéder par mélange de bases et/ou de coupes carburants, notamment hydrocarbonées, issues du raffinage des produits pétroliers. Les bases et/ou de coupes issues de raffineries sont bien connues de l'homme du métier du raffinage des produits pétroliers. Ainsi, pour obtenir un mélange d'hydrocarbures aromatiques de type alkylbenzène, d'isooctane et d'isopentane, on peut utiliser des bases de réformat, alkylat, isomérat et FCC (Fluid Catalytic Cracking) qui sont des bases hydrocarbonées aisément disponibles en raffinerie.
  • On peut également procéder par mélange de bases et/ou de coupes carburants issues du raffinage des produits pétroliers et de composés chimiques purs. Les composés chimiques purs peuvent être issus d'autres sources, en particulier, pour les éthers, les alcools insaturés ou non, les oléfines et les dioléfines.
  • Les bases de type réformat sont constituées essentiellement d'alkylaromatiques (ou simplement aromatiques). Les bases réformat sont en général issues du réformage des essences de distillation directe et d'isopentane. Les réformats sont généralement constitués d'une coupe hydrocarbonée contenant au moins 70%, de préférence, au moins 85% en volume d'aromatiques comprenant du toluène (en général de 35 à 75%, de préférence, 45 à 70% en volume), des alkylaromatiques en C8 (en général de 15 à 50% en poids d'éthylbenzène, et d'ortho, méta, para-xylène) et des alkylaromatiques en C9 (en général de 5 à 25% en poids de propylbenzène, méthyléthylbenzènes et triméthylbenzènes).
  • Les teneurs absolues et proportions relatives des différents composants pouvant varier avec les points de coupe, la nature de la charge envoyée au réformage, le type de catalyseur utilisé et les conditions opératoires du réformage. De manière préférentielle, les bases de type réformat mises en oeuvre dans le cadre de la présente invention contiennent moins de 1 % en volume de benzène. Outre les composés aromatiques, les bases réformats peuvent notamment contenir des paraffines, iso et n-paraffines, en général présentes en quantité inférieure ou égale à 5 % en volume.
  • Les bases de type alkylat sont constituées essentiellement d'isoparaffines comprenant de 6 à 9 atomes de carbone et, de préférence, d'au moins 90 % en volume d'isoparaffines comprenant de 6 à 9 atomes de carbone. Les alkylats comprennent en général au moins 95%, de préférence, au moins 98,5% en volume d'isoparaffines dont au moins 65%, de préférence au moins 70%, et avantageusement au moins 80 % en volume d'isoparaffines en C8.
  • Les bases alkylats peuvent contenir au moins 45 %, de préférence, au moins 48 % en volume d'isooctane, et avantageusement au moins 30 %, de préférence, au moins 34 % en volume des autres isoparaffines en C8.
  • Ces bases alkylats peuvent provenir de différents procédés de traitement de pétrole brut, généralement présents dans les raffineries. Les bases alkylats sont classiquement issues du procédé d'alkylation de l'isobutane par des oléfines légères, par exemple le butène-1, ce qui va conduire à l'isooctane. Les bases alkylats préférées contiennent majoritairement de l'isooctane.
  • Les bases de type isomérat sont des bases légères appartenant à la famille des hydrocarbures paraffiniques. Elles sont constituées essentiellement d'isoparaffines en C4 et/ou C5 et comprennent, de préférence, au moins 80 % en volume, avantageusement au moins 90 % en volume, d'isoparaffines en C4 ou C5.
  • Elles comprennent, de préférence, au moins 90 % en volume d'isopentane et avantageusement au moins 95 % en volume d'isopentane : on parle alors de coupe isopentane.
  • Les bases isomérats ne contiennent en général pas plus de 1 % en volume d'oléfines. Ces bases légères paraffiniques peuvent, par exemple, provenir de fractions les plus légères de distillat produit par distillation atmosphérique de pétrole brut et/ou issues d'unités d'isomérisation d'alcanes.
  • Les bases ou les coupes d'essence FCC qui ont subi un craquage catalytique fluide sont riches en aromatiques et en oléfines.
  • Les oléfines peuvent provenir de raffineries et/ou de matières renouvelables. A titre d'exemple, on peut citer l'isoprène qui peut provenir du craquage de naphta mais également de plantes ou d'animaux qui le synthétise, bien qu'en quantités très faibles.
  • Les alcools en C1-C4 peuvent provenir ou non de ressources renouvelables, d'origine végétale (par exemple l'éthanol issu de betterave, de maïs, de canne à sucre, ..) mais aussi d'algues ou de la fermentation de micro-organismes.
  • Bien que pouvant provenir de raffinerie pétrolière, les alcools insaturés et les dioléfines nécessitent un nombre d'étapes de séparation et de purification importants qui vont au-delà des opérations usuelles du raffinage. Ces composés sont plutôt incorporés sous forme chimique pure.
  • On ne sortirait pas non plus de l'invention en ajoutant d'autres bases issues d'opérations classiques de raffinage (par exemple de la distillation du pétrole brut, du craquage catalytique, de l'hydrocraquage, de procédés de réformage, d'isomérisation, d'alkylation etc....) et/ou des hydrocarbures de synthèse tels que notamment ceux obtenus par oligomérisation d'oléfines, par synthèse Fisher-Tropsch, par des procédés de type BTL (biomass to liquid), CTL (coal to liquid) et/ou GTL (gas to liquid) à partir de matériaux d'origine naturelle et/ou synthétique, d'origine animale et/ou végétale et/ou fossile.
  • Chaque base ou coupe entrant dans la composition de carburant selon l'invention peut avoir subi, en tout ou en partie, un traitement de désulfuration et/ou de déazotation et, éventuellement, de désaromatisation à un stade quelconque de son élaboration. Par exemple, on peut utiliser des bases qui ont été hydrotraitées dans des conditions plus ou moins sévères (comprenant une hydrodésulfuration et/ou une saturation des composés aromatiques et oléfiniques et/ou une hydrodéazotation).
  • Au sens de la présente invention, une base ou une coupe d'hydrocarbures est «constituée essentiellement des composés .... » signifie que lesdits composés représentent au moins 70 % du volume de ladite base.
  • Les compositions de carburant selon l'invention présentent avantageusement une teneur en soufre mesurée selon la norme ASTM D1266 ou ASTM D2622, inférieure ou égale à 100 ppm massiques, de préférence, inférieure ou égale à 50 ppm massiques, et encore plus avantageusement inférieure ou égale à 10 ppm massiques.
  • Les compositions de carburant selon l'invention ont une teneur en plomb en général inférieure ou égale à 0,5 g/L (ajouté par exemple sous forme de plomb tétraéthyle) et, de préférence, sont sans plomb c'est-à-dire ne contenant pas de plomb ni d'additif(s) avec du plomb ajouté.
  • L'invention a également pour objet l'utilisation d'une composition de carburant définie précédemment comme carburant de moteur à allumage commandé à forte puissance, de préférence, pour moteur atmosphérique ou turbo compressé de compétition de circuits et de rallyes.
  • La présente invention concerne également l'utilisation d'au moins un alcool insaturé en C4-C5 dans un carburant essence, pour améliorer la puissance du moteur à allumage commandé, atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion, d'au moins un delta de puissance de 2 CV, avantageusement d'au moins 3 CV, suivant le régime moteur considéré, pour des régimes moteur allant de 3000 à 8250 tr/min par rapport à une essence de compétition oxygénée avec RON de 101.5 et un MON de 89.5.
  • Selon un mode de réalisation particulier préféré, le ou les alcools insaturé(s) en C4-C5 est/sont incorporés dans un carburant essence mis en oeuvre dans un moteur turbocompressé pour améliorer sa puissance.
  • De manière préférentielle, on utilise du 3-méthyl-2-butène-1- ol et/ou du 3-méthyl-3-butène-1-ol, la présence de 3-méthyl-2-butène-1-ol étant particulièrement préférée.
  • La concentration volumique d'alcool insaturé en C4-C5 dans le carburant essence est, de préférence, compris entre 3 et 22 %, plus préférentiellement, entre 5 et 15%, encore plus préférentiellement de 5 à 10% en volume.
  • On utilise, de préférence, un seul alcool insaturé en C4-C5, qui est avantageusement le 3-méthyl-2-butène-1-ol. La concentration volumique de 3-méthyl-2-butène-1-ol dans le carburant essence est, de préférence, compris entre 3 et 22 %, plus préférentiellement, entre 5 et 15%, plus préférentiellement de 5 à 10% en volume.
    • Exemple - Préparation d'une composition de carburant compétition
  • On prépare une composition de carburant compétition par mélange à température ambiante des composés chimiques purs listés dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1
    Composant (% vol) Carburant C
    Xylène 31
    Isooctane 25
    Isopentane 7
    3-méthyl-2-butène-1- ol 8
    Isoprène 18
    Ethanol 5
    Diisobutylène 6
    Total 100
    • Test de puissance
  • Le carburant C de l'exemple précédent ainsi qu'un carburant de compétition commercialisé par la société TOTAL Additifs & Carburants Spéciaux (TACS) sous la dénomination Elf Turbo Evo ont subi un test de puissance sur un moteur turbocompressé de cylindrée 1.6L à injection directe essence.
  • Les caractéristiques des carburants C et Elf Turbo Evo sont réunies dans les tableaux 2 et 3 ci-dessous. Tableau 2
    Elf Turbo Evo Carburant C Règlement FIA/ Annexe J
    Indices d'octane RON 101,7 101,5 95 à 102
    MON 88,6 87,8 85 à 90
    Densité kg/L à 15°C 0,770 0,765 0,720 à 0,785
    Teneur en Oxygène %masse 3,5 3,4 3,7 max
    Teneur en Plomb g/L < 0,013 <0.013 0,013 max
    Teneur en Soufre mg/kg 6 2 10 max
    Figure imgb0001
  • Les détails du test de puissance sont donnés ci-dessous.
  • Il s'agit d'un moteur 4 cylindres en ligne, 16 soupapes, de cylindrée 1598cm3 turbo Twin Scroll, à injection directe. Le régime moteur maximum est limité à 9000 tr/min. Le test de puissance pratiqué consiste à établir des courbes de puissance pour des régimes moteur allant de 3000 à 8250 tr/min par pas de 500 tr/min et à effectuer un point à 8250 tr/min.
  • Les résultats sont répertoriés dans le tableau 4 ci-dessous. Les résultats indiqués représentent un delta de puissance en CV mesurés par rapport à une essence de compétition oxygénée de RON 101.5 et de MON 89.5. Tableau 4
    Régime Moteur (tr/min) Elf Turbo Evo Carburant C
    3000 9 11
    3500 7 12
    4000 8 13
    4500 9 13
    5000 8 13
    5500 6 11
    6000 3 6
    6500 0 3
    7000 2 4
    7500 3 5
    8000 3 4
    8250 3 4
  • On constate un gain supplémentaire de puissance avec le carburant C comparativement au carburant Elf Turbo Evo d'un minimum de 2 CV suivant le régime moteur considéré. Le gain en puissance pouvant s'élever jusqu'à 6 CV à 4000tr/min. Comparativement à l'essence de compétition qui a permis d'établir la ligne de base, le carburant C permet un gain en puissance pouvant s'élever jusqu'à 13 CV sur la plage de régime de 4000 à 5500 tr/min.

Claims (13)

  1. Utilisation d'au moins un alcool insaturé en C4-C5 dans une composition de carburant essence, pour améliorer la puissance d'un moteur à allumage commandé, atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion.
  2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amélioration de la puissance est d'au moins 2 CV pour des régimes moteur allant de 3000 à 8250 tr/min.
  3. Utilisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la composition de carburant essence est une composition de carburant de compétition.
  4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour améliorer la puissance d'un moteur turbocompressé.
  5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la composition de carburant essence a un RON supérieur ou égal à 95 et un MON supérieur ou égal à 85, les RON et MON étant mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86.
  6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alcool insaturé en C4-C5 est choisi parmi le 3-méthyl-2-butène-1-ol, le 3-méthyl-3-butène-1- ol et leur mélange.
  7. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle comprend un seul alcool insaturé en C4-C5, de préférence, le 3-méthyl-2-butène-1-ol ou le 3-méthyl-3-butène-1- ol.
  8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la composition a :
    - une densité mesurée selon la norme ASTM D 4052 comprise entre 720 et 785 kg/m3,
    - une teneur maximale en oxygène inférieure à 2,8 % masse ou inférieure à 3,7 % masse si la teneur en plomb est inférieure à 0,013 g/L,
    - une teneur maximale en azote inférieure à 0,5 % masse,
    - une teneur en benzène inférieure à 5 % en volume, mesurée selon la norme ASTM D 3606,
    - un RON compris entre 97 et 100 et un MON compris entre 86 et 92, mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86, lorsque la teneur en plomb du carburant est non nulle et inférieure ou égale à 0,4 g/L et,
    - un RON compris entre 95 et 102 et un MON compris entre 85 et 90, mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86, lorsque la teneur en plomb du carburant est nulle ou inférieure à 0.4 g/L.
  9. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la composition comprend en outre un ou plusieurs additifs.
  10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la composition comprend :
    - de 20 à 35 % en volume d'hydrocarbures aromatiques, de préférence choisis parmi les alkylbenzènes,
    - de 22 à 35 % en volume d'isoparaffines en C6- C9,
    - de 5 à 15 % en volume d'isoparaffines en C4- C5,
    - de 14 à 50 % en volume d'une ou plusieurs dioléfines en C4-C5 ayant, de préférence, deux liaisons éthyléniques conjuguées,
    - de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 15 % en volume, d'au moins un alcool insaturé en C4-C5,
    - de 0 à 6 % en volume d'un ou plusieurs alcools paraffiniques ou isoparaffiniques en C1- C4,
    - de 0 à 5 % en volume d'au moins un alkyl éther choisi, de préférence, parmi le MTBE, l'ETBE et leur mélange et,
    - de 0 à 6 % en volume d'une ou plusieurs isooléfines en C8.
  11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la composition comprend :
    - de 20 à 35 % en volume d'hydrocarbures aromatiques, de préférence, choisis parmi les alkyl benzènes,
    - de 22 à 35 % en volume d'isooctane ;
    - de 5 à 15 % en volume d'isopentane ;
    - de 14 à 50 % en volume d'isoprène,
    - de 3 à 22 % en volume, de préférence de 5 à 10 % en volume, d'au moins un alcool insaturé en C4-C5,
    - de 3 à 6 % en volume d'un ou plusieurs alcools paraffiniques ou isoparaffiniques en C1- C4 et,
    - de 3 à 6 % en volume d'une ou plusieurs isooléfines en C8.
  12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que la somme des pourcentages en volume des constituants de ladite composition est égale à 100%.
  13. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la composition comprend de 5 à 15 % en volume d'au moins un alcool insaturé en C4-C5, de préférence, de 3-méthyl-2-butène-1- ol.
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