EP4330354A1 - Composition de carburant riche en composés aromatiques, en paraffines et en éthanol, et son utilisation notamment dans des véhicules de compétition - Google Patents

Composition de carburant riche en composés aromatiques, en paraffines et en éthanol, et son utilisation notamment dans des véhicules de compétition

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Publication number
EP4330354A1
EP4330354A1 EP22726493.4A EP22726493A EP4330354A1 EP 4330354 A1 EP4330354 A1 EP 4330354A1 EP 22726493 A EP22726493 A EP 22726493A EP 4330354 A1 EP4330354 A1 EP 4330354A1
Authority
EP
European Patent Office
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mass
paraffins
composition according
composition
mixture
Prior art date
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Pending
Application number
EP22726493.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Roland Dauphin
Lisa SERVE
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TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
TotalEnergies Onetech SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4330354A1 publication Critical patent/EP4330354A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C10L1/023—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for spark ignition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/04—Organic compounds
    • C10L2200/0407—Specifically defined hydrocarbon fractions as obtained from, e.g. a distillation column
    • C10L2200/0415—Light distillates, e.g. LPG, naphtha

Definitions

  • TITLE Composition of fuel rich in aromatic compounds, paraffins and ethanol, and its use in particular in competition vehicles
  • the subject of the present invention is a fuel composition intended for vehicles comprising a spark-ignition engine (or gasoline engine), and which has advantageous properties.
  • a subject of the invention is also the use of such a composition for supplying a spark-ignition engine, both in a conventional vehicle, in particular an automobile, and in a competition vehicle.
  • Gasoline-type fuels that can be used in spark-ignition engines, in particular those of motor vehicles, must have sufficiently high octane numbers to avoid knocking phenomena.
  • the octane number measures the resistance of a fuel used in a spark ignition engine to self-ignition.
  • gasoline fuels marketed in Europe complying with the EN 228 standard, have a motor octane number (or MON, for Motor Octane Number) greater than 85 and a research octane number (or RON, of English Research Octane Number) of a minimum of 95. These fuels are suitable for the vast majority of automotive engines.
  • the most commonly used high bio-content gasoline fuels are fuels including bioethanol, such as E85, E10 and E5 fuels. Nevertheless, the use of these fuels represents a small part of the current automobile market.
  • One objective of the present invention is therefore to improve the performance of gasoline fuel compositions, in particular but not limited to fuel compositions intended for competition vehicles.
  • the objective is to increase the energy content of the fuel which will lead to an increase in the power of the spark-ignition engine, whether atmospheric or turbocharged, during the combustion of the gasoline fuel composition in the engine.
  • compositions from bases and/or compounds of renewable origin, also called biobased compounds.
  • octane enhancing additives are typically added to gasoline type fuel compositions.
  • Organometallic compounds including in particular iron, lead or manganese are well known octane improvers.
  • TEL tetraethyl lead
  • Non-metal based octane improvers include oxygenates (e.g. ethers and alcohols) and aromatic amines.
  • oxygenates e.g. ethers and alcohols
  • aromatic amines also suffer from various disadvantages.
  • NMA N-methylaniline
  • an aromatic amine must be used at a relatively high treat rate (1.5–2 wt% additive/fuel base weight) to have a significant effect on fuel octane rating .
  • NMA can also be toxic.
  • document US-A-4812146 describes unleaded gasoline fuel compositions for competition engines which comprise at least four components chosen from butane, isopentane, toluene, MTBE (methyl tert -butyl ether) and an alkylate.
  • 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, from 5 to 6% by volume at least one linear paraffin having from 3 to 5 carbon atoms (denoted C3-C5), one or more alkanols having from 2 to 4 carbon atoms (denoted C2-C4), in sufficient quantity to increase the AKI ( of the English Anti Knock Index) i.e. (RON+MON)/2 of at least 93.
  • These compositions are presented as having high torque and maximum power.
  • the subject of the present invention is therefore a fuel composition
  • a fuel composition comprising:
  • compositions are intended to supply spark-ignition engines (or gasoline engines).
  • the fuel compositions according to the invention have high RON (Research Octane Number) octane numbers.
  • the use of the composition according to the invention makes it possible to achieve higher engine power levels, at a constant fuel flow rate.
  • composition according to the invention also has significant advantages for uses other than in competition vehicles, such as, for example, so-called general public uses, in particular for light vehicles (or light vehicles). If necessary, it can meet the specifications of the EN 228 standard.
  • composition according to the invention can advantageously be, in whole or in part, prepared from bases and/or compounds of plant origin.
  • the composition according to the invention may contain at least 50% by mass of one or more biosourced bases, preferably at least 60% by mass, and better still at least 75% by mass of one or more biobased bases.
  • the invention also relates to the use of the composition according to the invention for supplying a spark-ignition engine.
  • the composition according to the invention is used as fuel for supplying a spark-ignition engine with high efficiency and high power, preferably an engine of a motor racing vehicle.
  • C N compound denotes a compound containing N carbon atoms in its chemical structure
  • C N + compounds denotes compounds containing at least N carbon atoms
  • composition according to the invention contains a mixture (i) of hydrocarbons containing: a) from 35 to 55% by mass of aromatic compounds; b) from 30 to 50% by mass of a mixture of n-paraffins and iso-paraffins containing at least 5 carbon atoms with a mass ratio of the quantity of iso-paraffins to the quantity of higher n-paraffins or equal to 3; and c) from 5 to 15% by mass of naphthenes.
  • hydrocarbons containing: a) from 35 to 55% by mass of aromatic compounds; b) from 30 to 50% by mass of a mixture of n-paraffins and iso-paraffins containing at least 5 carbon atoms with a mass ratio of the quantity of iso-paraffins to the quantity of higher n-paraffins or equal to 3; and c) from 5 to 15% by mass of naphthenes.
  • Such a mixture of hydrocarbons represents from 60 to 94% by mass, relative to the total mass of the fuel composition, preferably from 65 to 90% by mass, preferably from 70 to 85% by mass, even more preferentially from 70 to 80% by mass, based on the total mass of the fuel composition.
  • the aromatic compound(s) (i) a) are preferably chosen from alkylbenzenes comprising from 7 to 12 carbon atoms.
  • alkyl-benzenes is meant in a manner known per se the derivatives of benzene in which one or more hydrogen atoms are replaced by one or more alkyl groups.
  • the aromatic compound(s) may in particular be chosen from toluene, ethylbenzene, xylenes (and in particular 1,2-dimethylbenzene or ortho-xylene, 1,3-dimethylbenzene or meta-xylene and 1,4- dimethylbenzene or para-xylene), l-ethyl-3-methylbenzene, mesitylene (1,3,5-trimethylbenzene), l-ethyl-3,5-dimethylbenzene, and mixtures of these compounds.
  • Aromatures of aromatic compounds, and more particularly mixtures of alkyl-benzenes comprising from 8 to 10 carbon atoms such as ethylbenzene, xylenes (and in particular 1,2-dimethylbenzene or ortho-xylene, 1,3-dimethylbenzene or meta-xylene and 1,4-dimethylbenzene or para-xylene), 1-ethyl-3-methylbenzene, mesitylene (1,3,5-trimethylbenzene), and 1-ethyl- 3,5-dimethylbenzene.
  • the content of the aromatic compounds (i)a) ranges from 40 to 53% by mass, preferably from 45 to 52% by mass, relative to the mass of the mixture of hydrocarbons (i).
  • composition according to the invention also contains paraffins (i)b) containing at least 5 carbon atoms.
  • paraffins are non-cyclic and consist of a mixture of n-paraffins and iso-paraffins.
  • paraffins is meant, in a manner known per se, branched alkanes (also called iso-paraffins or iso-alkanes) and unbranched alkanes (also called n-paraffins or n-alkanes).
  • the paraffins are preferably chosen from those comprising from 5 to 12 carbon atoms, more preferably from 5 to 9 carbon atoms, and better still from 5 to 8 carbon atoms.
  • Paraffins include n-paraffins (or normal-paraffins, i.e. linear alkanes) and iso-paraffins (i.e. branched alkanes).
  • n-paraffins and iso-paraffins chosen from those described above comprising a major proportion of iso-paraffins, with a mass ratio of the amount of iso-paraffins, are used.
  • the mixture of hydrocarbons (i) advantageously contains from 5 to 10% by mass of n-paraffins and from 20 to 45% by mass of iso-paraffins.
  • the content of paraffins (i)b) ranges from 32 to 45% by mass, more preferably from 35 to 42% by mass, relative to the mass of the mixture of hydrocarbons (i).
  • composition according to the invention also contains naphthenes
  • naphthenes is meant, in a manner known per se, cyclic alkanes (or cycloalkanes) containing from 5 to 10 carbon atoms.
  • the naphthenes are chosen from cyclic alkanes containing from 5 to 10 carbon atoms, and more preferably from 6 to 9 carbon atoms.
  • the content of naphthenes (i)c) ranges from 7 to 13% by mass, more preferably from 8 to 12% by mass, relative to the mass of the mixture of hydrocarbons (i).
  • the mixture of hydrocarbons (i) is derived from vegetable raw materials.
  • the mixture (i) advantageously consists entirely of biosourced hydrocarbons.
  • the original vegetable raw materials can be chosen, for example, from cereals (wheat, corn), rapeseed, sunflower, soya, palm oil, sugar cane, beets, wood waste, straw, bagasse, grape marc, used vegetable cooking oils, seaweed, lignocellulosic materials.
  • composition according to the invention also contains ethanol.
  • ethanol of plant origin also called bioethanol
  • Bioethanol can for example be produced from the fermentation of sugars, mainly glucose, using conventional or genetically modified yeast strains.
  • sugars mainly glucose
  • yeast strains Different vegetable raw materials can be used for the production of bioethanol, such as sugar cane, corn, barley, potato waste, sugar beet, wine residues such as grape marc.
  • the composition has an ethanol content ranging from 5 to 36% by mass, preferably from 10 to 30% by mass, and better still from 20 to 25% by mass, relative to the total mass of the fuel composition.
  • composition according to the invention also contains butane, which can be chosen from n-butane (linear butane), iso-butane (2-methylpropane) and mixtures of these two compounds.
  • the composition has a butane content ranging from 1 to 10% by mass, preferably from 1.5 to 8% by mass, and better still from 2 to 6% by mass, relative to the total mass of the composition of fuel.
  • the composition according to the invention comprises at most 2.5% by mass of olefins, preferably at most 2% by mass of olefins, more preferably at most 1% by mass of olefins, more preferably still at most 0.5% by mass of olefins.
  • composition as described above generally has a research octane number (RON index) greater than or equal to 95, preferably greater than or equal to 99, and more preferably greater than or equal to 100, the RON being measured according to the standard ASTM D 2699-86.
  • RON index research octane number
  • the values above relate to the intrinsic octane number of the composition, that is to say without the addition of additional compounds such as in particular octane booster additives.
  • the fuel composition according to the invention may also comprise one or more additives, chosen from among those usually employed in gasoline fuels.
  • composition according to the invention may comprise at least one detergent additive ensuring the cleanliness of the intake circuit.
  • an additive may for example be chosen from the group consisting of succinimides optionally substituted by a polyisobutylene group, polyetheramines, betaines, Mannich bases and quaternary ammonium salts, for example those described in documents US4171959 and WO2006135881.
  • the composition may also comprise at least one lubricity additive or anti-wear agent, in particular (but not limited to) chosen from the group consisting of fatty acids and their ester or amide derivatives, in particular glycerol monooleate, and derivatives of mono- and polycyclic carboxylic acids.
  • lubricity additive or anti-wear agent in particular (but not limited to) chosen from the group consisting of fatty acids and their ester or amide derivatives, in particular glycerol monooleate, and derivatives of mono- and polycyclic carboxylic acids.
  • lubricity additive or anti-wear agent in particular (but not limited to) chosen from the group consisting of fatty acids and their ester or amide derivatives, in particular glycerol monooleate, and derivatives of mono- and polycyclic carboxylic acids. Examples of such additives are given in the following documents: EP680506, EP860494, WO98/04656, EP915944, FR2772783, FR2772784.
  • additives can also be incorporated into the fuel composition according to the invention, such as anti-valve recession additives and antioxidant additives.
  • the additives described above can be added in an amount ranging, for each of them, from 10 to 1000 ppm by mass, preferably from 100 to 500 ppm by mass in the fuel composition.
  • the composition comprises a package of additives, that is to say a combination of at least two different additives, advantageously chosen from detergent additives, lubricity additives, anti-recession additives valves and antioxidant additives. These additives are advantageously chosen from those mentioned above.
  • the fuel compositions according to the invention have a lead content generally less than or equal to 5 mg/L (present for example in the form of tetraethyl lead) and, preferably, are lead-free, that is to say they do not contain lead or compounds containing lead.
  • composition according to the invention can be prepared by simple mixing of its constituents.
  • butane optional addition of butane, such that the amount of butane in the final mixture is in the range of 1 to 10% by mass.
  • the base B is advantageously obtained from vegetable raw materials.
  • base B is advantageously a biobased base.
  • biosourced bases it is possible in particular to use those produced from biomass, converted into biohydrocarbons by known catalytic conversion processes.
  • the ethanol is preferably bioethanol.
  • composition according to the invention can be prepared entirely from raw materials of plant origin. Uses
  • a subject of the invention is also the use of the composition as described above for supplying a spark-ignition engine.
  • the engine can be of the direct injection or indirect injection type.
  • the fuel composition can be advantageously used both to supply an engine of a conventional motor vehicle (known as "general public") and a high-efficiency, high-power spark-ignition engine, such as a competition vehicle engine automobile. It may be in particular an atmospheric or turbocharged engine used in a motor racing vehicle (circuits or rallies), or even a hybrid engine, that is to say a heat engine coupled to an electric motor.
  • This example was carried out using a base B of biosourced hydrocarbons resulting from the transformation of bio-alcohol resulting from the transformation of biomass.
  • Base B has the following composition:
  • Two fuel compositions C1 and C2 were prepared by mixing two hydrocarbon bases with 32% by weight of bioethanol.
  • Composition C1 is in accordance with the invention and was prepared using a hydrocarbon base in which the mass ratio of the amount of C 5+ iso-paraffins to the amount of C 5+ n-paraffins is 3.47 (24.66: 7.11).
  • Composition C2 is a comparative composition, which was prepared using a hydrocarbon base in which the mass ratio of the amount of C5 + iso-paraffins to the amount of C5 + n-paraffins is 2, 14 (21.85: 10.22).
  • composition C1 according to the invention has a measured RON that is very significantly higher than that of comparative composition C2.

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Abstract

La présente invention a pour objet une composition de carburant comprenant : (i) de 60 à 94% en masse d'un mélange d'hydrocarbures comprenant : a) de 35 à 55% en masse de composés aromatiques; b) 30 à 50% en masse d'un mélange de n-paraffines et d'iso-paraffines contenant au moins 5 atomes de carbone avec un ratio en masse de la quantité d'iso-paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3; et c) de 5 à 15% en masse de naphtènes; (ii) de 5 à 36% en masse d'éthanol; et (iii) de 1 à 10% en masse de butane. Cette composition est utile pour alimenter un moteur à allumage commandé, dans des véhicules automobiles destinés à des applications grand public ou à la compétition.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Composition de carburant riche en composés aromatiques, en paraffines et en éthanol, et son utilisation notamment dans des véhicules de compétition
La présente invention a pour objet une composition de carburant destinée aux véhicules comportant un moteur à allumage commandé (ou moteur essence), et qui présente des propriétés avantageuses.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’une telle composition pour alimenter un moteur à allumage commandé, tant dans un véhicule classique, notamment automobile, que dans un véhicule de compétition.
Les carburants de type essence utilisables dans les moteurs à allumage commandé, notamment ceux des véhicules automobiles, doivent présenter des indices d'octane suffisamment élevés pour éviter les phénomènes de cliquetis.
De manière bien connue en soi, l’indice d’ octane mesure la résistance d’un carburant utilisé dans un moteur à allumage commandé à l’ auto-allumage.
Typiquement, les carburants essence commercialisés en Europe, conformes à la norme EN 228, ont un indice d'octane moteur (ou MON, de l’anglais Motor Octane Number) supérieur à 85 et un indice d'octane recherche (ou RON, de l’ anglais Research Octane Number) d'un minimum de 95. Ces carburants conviennent pour la grande majorité des moteurs automobiles.
Afin d’augmenter leur rendement, les moteurs modernes à allumage commandé tendent à fonctionner avec des rapports volumétriques de compression de plus en plus élevés, c’est-à-dire avec un rapport de compression élevé appliqué sur le mélange carburant / air dans le moteur avant son allumage.
Cependant, l'augmentation du rapport volumétrique de compression dans un moteur augmente les risques de combustion anormale de type cliquetis, généré par une auto-inflammation locale du mélange carburé en amont du front de flamme. Ce phénomène crée un bruit caractéristique, et est susceptible d’endommager le moteur. Pour les moteurs de très forte puissance, tels que les moteurs des véhicules de compétition automobile, on recherche tout particulièrement un rapport volumétrique de compression élevé.
Pour ce type de moteurs, il est donc essentiel d’employer des carburants présentant une forte résistance au cliquetis et au pré allumage, ceci se traduisant par des carburants ayant des indices d'octane « recherche » (RON) les plus élevés possibles. Si les indices d'octane sont insuffisants, le phénomène de cliquetis ou auto-allumage du carburant est susceptible d’apparaître, ce qui peut réduire de manière importante la performance du moteur et même endommager fortement celui-ci.
Par ailleurs, pour tous les véhicules et notamment ceux destinés à des applications grand public, on cherche de plus en plus à utiliser des carburants formulés à partir de bases d’ origine végétale, et notamment des bases dites « biosourcées », afin de répondre à des préoccupations environnementales et de limiter l’utilisation des ressources fossiles. Ainsi, les préoccupations environnementales actuelles poussent les consommateurs à rechercher des carburants plus respectueux de l’environnement.
Toutefois, l’utilisation de compositions de carburant à partir de bases biosourcées ne doit pas se faire au détriment des performances du carburant, et en particulier de l’indice d’octane et de la puissance du moteur, qui doit être conservée voire augmentée.
Les carburants essence à forte teneur en biocomposés les plus couramment utilisés sont les carburants comprenant du bioéthanol, tels que les carburants E85, E10 et E5. Néanmoins, l’utilisation de ces carburants représente une faible part du marché automobile actuel.
Il est connu de mélanger du bioéthanol à un carburant essence de type SP95. La teneur en éthanol est alors limitée à un maximum de 10% en volume afin de respecter les spécifications de la norme EN 228, notamment en ce qui concerne l’incorporation de composés oxygénés.
Il existe donc un besoin de développer de nouvelles compositions de carburant destinées à alimenter les moteurs à allumage commandé qui permettent de répondre aux exigences des véhicules modernes, qu’ils soient destinés à des applications grand public (véhicules légers, poids lourds, off-roads...) ou à la compétition.
Ainsi, il existe un besoin de carburants pour des moteurs à combustion interne à allumage commandé qui présentent un indice d'octane élevé, et tout particulièrement un RON élevé, et qui permettent de maximiser la puissance moteur des véhicules automobiles fonctionnant avec un rapport volumétrique de compression élevé, notamment les véhicules de compétition.
Un objectif de la présente invention est donc d'améliorer les performances des compositions de carburant essence, en particulier mais non limitativement les compositions carburant destinées aux véhicules de compétition. L'objectif est d'augmenter le contenu énergétique du carburant ce qui entraînera une augmentation de la puissance du moteur à allumage commandé, qu’il soit de type atmosphérique ou turbocompressé, lors de la combustion de la composition carburant essence dans le moteur.
Il existe par ailleurs un besoin croissant de pouvoir formuler de telles compositions à partir de bases et/ou de composés d’origine renouvelable, également appelés composés biosourcés.
De manière bien connue dans l’ art antérieur, des additifs améliorant l'indice d'octane (ou boosters d’ octane) sont typiquement ajoutés aux compositions de carburant de type essence. Des composés organométalliques comprenant en particulier du fer, du plomb ou du manganèse sont des agents améliorant l'indice d'octane bien connus.
Ainsi, le plomb tétraéthyle (TEL) a été largement utilisé comme un agent améliorant de manière très efficace l'indice d'octane. Cependant, dans la plupart des régions du monde, le TEL et les autres composés organométalliques ne peuvent être désormais utilisés dans les carburants qu’en très petites quantités, voire pas du tout, car ils peuvent être toxiques, endommager le moteur, et sont néfastes pour l'environnement.
Les agents améliorant l'indice d’ octane qui ne sont pas à base de métaux comprennent les composés oxygénés (par exemple les éthers et les alcools) et les amines aromatiques. Cependant, ces additifs souffrent également de divers inconvénients. Par exemple, la N-méthylaniline (NMA), une amine aromatique, doit être utilisée à un taux de traitement relativement élevé ( 1 ,5 à 2% en masse d'additif / masse de base carburant) pour avoir un effet significatif sur l'indice d'octane du carburant. La NMA peut aussi être toxique.
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 W02010/014501 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’AKI (de l’ anglais Anti Knock Index) i.e. (RON+MON)/2 d'au moins 93. Ces compositions sont présentées comme ayant un couple élevé et une puissance maximale.
Ainsi, l’on recherche des compositions de carburant présentant de bonnes propriétés intrinsèques, c’est-à-dire sans qu’il soit forcément nécessaire d’y ajouter des additifs améliorant l'indice d’octane tels que ceux décrits ci-avant.
Poursuivant ses recherches dans la mise au point de formulations de carburant pour moteurs essence, la Demanderesse a maintenant découvert une composition qui permet de répondre aux objectifs ci- avant.
La présente invention a donc pour objet une composition de carburant comprenant :
(i) de 60 à 94% en masse d’un mélange d’hydrocarbures comprenant : a) de 35 à 55% en masse de composés aromatiques ; b) de 30 à 50% en masse d’un mélange de n-paraffines et d’iso paraffines contenant au moins 5 atomes de carbone avec un ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3 ; et c) de 5 à 15% en masse de naphtènes ; (ii) de 5 à 36% en masse d’éthanol ; et
(iii) de 1 à 10% en masse de butane.
Ces compositions sont destinées à alimenter des moteurs à allumage commandé (ou moteurs essence).
Les compositions de carburant selon l’invention présentent des indices d’octane RON (Research Octane Number) élevés.
Dans des utilisations dans lesquelles le débit de carburant est plafonné, notamment dans le cas des véhicules de compétition, l’utilisation de la composition selon l’invention permet d’ atteindre des niveaux de puissance du moteur supérieurs, à débit constant de carburant.
En particulier, la formulation d’une composition avec les composés et dans les proportions spécifiques définies ci-avant s’est avérée permettre d’ obtenir des performances synergiques en termes d’indice d’ octane RON et de puissance du moteur.
Ces propriétés sont particulièrement recherchées pour les utilisations dans des véhicules de compétition.
La composition selon l’invention présente également des avantages importants pour des utilisations autres que dans des véhicules de compétition, telles que par exemple les utilisations dites grand public, notamment pour les véhicules légers (ou VL). Elle peut le cas échéant satisfaire aux spécifications de la norme EN 228.
La composition selon l’invention peut avantageusement être, en tout ou partie, préparée à partir de bases et/ou de composés d’origine végétale. En particulier, la composition selon l’invention peut contenir au moins 50% en masse d’une ou de plusieurs bases biosourcées, de préférence au moins 60% en masse, et mieux encore au moins 75% en masse d’une ou de plusieurs bases biosourcées.
L’invention a également pour objet l’utilisation de la composition selon l’invention pour alimenter un moteur à allumage commandé.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition selon l’invention est utilisée comme carburant pour alimenter un moteur à allumage commandé à haut rendement et forte puissance, de préférence un moteur de véhicule de compétition automobile. D’ autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l’invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans les expressions : « compris entre... et...», « compris dans la gamme allant de ... à... », et « allant de ... à ... ».
Par ailleurs, les expressions « au moins un » et « au moins » utilisées dans la présente description sont respectivement équivalentes aux expressions « un ou plusieurs » et « supérieur ou égal ».
Enfin, de manière connue en soi, on désigne par composé en CN un composé contenant dans sa structure chimique N atomes de carbone, et par composés en CN+ des composés contenant au moins N atomes de carbone.
La composition de carburant
La composition selon l’invention contient un mélange (i) d’hydrocarbures contenant : a) de 35 à 55% en masse de composés aromatiques ; b) de 30 à 50% en masse d’un mélange de n-paraffines et d’iso paraffines contenant au moins 5 atomes de carbone avec un ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3 ; et c) de 5 à 15% en masse de naphtènes.
Ces teneurs sont exprimées en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
Un tel mélange d’hydrocarbures représente de 60 à 94% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant, de préférence de 65 à 90% en masse, de préférence de 70 à 85% en masse, encore plus préférentiellement de 70 à 80% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
Le ou les composés aromatiques (i) a) sont, de préférence, choisis parmi les alkyle-benzènes comprenant de 7 à 12 atomes de carbone. Par alkyle-benzènes on désigne de manière connue en soi les dérivés du benzène dans lesquels un ou plusieurs atomes d’hydrogène sont remplacés par un ou plusieurs groupes alkyle.
Le ou les composés aromatiques peuvent en particulier être choisis parmi le toluène, l’éthylbenzène, les xylènes (et notamment le 1,2-diméthylbenzène ou ortho-xylène, le 1 ,3-diméthylbenzène ou méta- xylène et le 1 ,4-diméthylbenzène ou para-xylène), le l-éthyl-3- méthylbenzène, le mésitylène ( 1 ,3,5-triméthylbenzène), le l -éthyl-3,5- diméthylbenzène, et les mélanges de ces composés.
On préfère tout particulièrement les mélanges de composés aromatiques, et plus particulièrement les mélanges d’ alkyle-benzènes comprenant de 8 à 10 atomes de carbone tels que l’éthylbenzène, les xylènes (et notamment le 1 ,2-diméthylbenzène ou ortho-xylène, le 1 ,3- diméthylbenzène ou méta-xylène et le 1 ,4-diméthylbenzène ou para- xylène), le 1 -éthyl-3-méthylbenzène, le mésitylène ( 1 ,3,5- triméthylbenzène), et le 1 -éthyl-3,5-diméthylbenzène.
De préférence, la teneur des composés aromatiques (i)a) va de 40 à 53% en masse, de préférence de 45 à 52% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
La composition selon l’invention contient en outre des paraffines (i)b) contenant au moins 5 atomes de carbone. Ces paraffines sont non cycliques et sont constituées d’un mélange de n-paraffines et d’iso paraffines.
Par « paraffines » on désigne de manière connue en soi les alcanes ramifiés (également dénommés iso-paraffines ou iso-alcanes) et les alcanes non ramifiés (également dénommés n-paraffines ou n- alcanes).
Les paraffines sont de préférence choisies parmi celles comprenant de 5 à 12 atomes de carbone, plus préférentiellement de 5 à 9 atomes de carbone, et mieux encore de 5 à 8 atomes de carbone.
Les paraffines comprennent des n-paraffines (ou normal- paraffines, c’est-à-dire les alcanes linéaires) et des iso-paraffines (c’est-à-dire les alcanes ramifiés).
On utilise des mélanges de n-paraffines et d’iso-paraffines choisies parmi celles décrites ci-avant, comprenant une proportion majeure d’iso-paraffines, avec un ratio en masse de la quantité d’iso- paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3, de préférence supérieur ou égal à 4 et mieux encore compris dans la gamme allant de 4 à 5.
Le mélange d’hydrocarbures (i) contient avantageusement de 5 à 10% en masse de n-paraffines et de 20 à 45% en masse d’iso-paraffines.
De préférence, la teneur des paraffines (i)b) va de 32 à 45% en masse, plus préférentiellement de 35 à 42% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
La composition selon l’invention contient en outre des naphtènes
(i)c).
Par « naphtènes » on désigne de manière connue en soi des alcanes cycliques (ou cycloalcanes) contenant de 5 à 10 atomes de carbone. De préférence, les naphtènes sont choisis parmi les alcanes cycliques contenant de 5 à 10 atomes de carbone, et plus préférentiellement de 6 à 9 atomes de carbone.
De préférence, la teneur des naphtènes(i)c) va de 7 à 13% en masse, plus préférentiellement de 8 à 12% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
Selon un mode de réalisation préféré, le mélange d’hydrocarbures (i) est issu de matières premières végétales. Ainsi, le mélange (i) est avantageusement constitué intégralement d’hydrocarbures biosourcés. Les matières premières végétales d’origine peuvent être par exemple choisies parmi les céréales (blé, maïs), le colza, le tournesol, le soja, l’huile de palme, la canne à sucre, la betterave, les déchets de bois, la paille, la bagasse, le marc de raisin, les huiles végétales usagées de cuisson, les algues, les matières ligno- cellulosiques.
La composition selon l’invention contient également de l’éthanol.
Selon un mode de réalisation préféré, on utilise de l’éthanol d’ origine végétale également dénommé bioéthanol.
Le bioéthanol peut être par exemple produit à partir de la fermentation de sucres, principalement du glucose, à l'aide de souches de levures classiques ou génétiquement modifiées. Différentes matières premières végétales peuvent être utilisées pour la production de bioéthanol, telles que la canne à sucre, le maïs, l'orge, les déchets de pomme de terre, la betterave sucrière, les résidus viniques tels que le marc de raisin.
La composition présente une teneur en éthanol allant de de 5 à 36% en masse, de préférence de 10 à 30% en masse, et mieux encore de 20 à 25% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
La composition selon l’invention contient également du butane, qui peut être choisi parmi le n-butane (butane linéaire), l’iso-butane (2- méthylpropane) et les mélanges de ces deux composés.
On préfère utiliser un mélange de n-butane et d’iso-butane.
La composition présente une teneur en butane allant de de 1 à 10% en masse, de préférence de 1 ,5 à 8% en masse, et mieux encore de 2 à 6% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
Selon un mode de réalisation préféré, la composition selon l’invention comprend au plus 2,5% en masse d’ oléfines, de préférence au plus 2% en masse d’oléfines, plus préférentiellement au plus 1 % en masse d’ oléfines, plus préférentiellement encore au plus 0,5% en masse d’ oléfines.
La composition telle que décrite ci-avant présente généralement un indice d’octane recherche (indice RON) supérieur ou égal à 95, de préférence supérieur ou égal à 99, et plus préférentiellement supérieur ou égal à 100, le RON étant mesuré selon la norme ASTM D 2699-86.
Les valeurs ci-avant portent sur l’indice d’octane intrinsèque de la composition, c’est-à-dire sans ajout de composés supplémentaires tels que notamment des additifs boosters d’ octane.
En plus des composés de base décrits ci-avant, la composition de carburant selon l'invention peut comprendre également un ou plusieurs additifs, choisi(s) parmi ceux usuellement employés dans les carburants essence.
En particulier, la composition selon l’invention peut comprendre au moins un additif détergent assurant la propreté du circuit d'admission. Un tel additif peut être par exemple choisi dans le groupe constitué par les succinimides éventuellement substituées par un groupement polyisobutylène, les polyétheramines, les bétaïnes, les bases de Mannich et les sels d’ ammonium quaternaire, par exemple ceux décrits dans les documents US4171959 et W02006135881 .
La composition peut également comprendre au moins un additif de lubrifiance ou agent anti-usure, notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les acides gras et leurs dérivés ester ou amide, notamment le monooléate de glycérol, et les dérivés d'acides carboxyliques mono- et polycycliques. Des exemples de tels additifs sont donnés dans les documents suivants : EP680506, EP860494, WO98/04656, EP915944, FR2772783, FR2772784.
D'autres additifs peuvent également être incorporés dans la composition de carburant selon l'invention, tels que des additifs anti récession de soupapes et des additifs anti-oxydants.
Les additifs décrits ci-avant peuvent être ajoutés en quantité allant, pour chacun d’entre eux, de 10 à 1 000 ppm en masse, de préférence de 100 à 500 ppm en masse dans la composition de carburant.
Selon un mode de réalisation préféré, la composition comprend un package d’additifs, c’est-à-dire une association d’ au moins deux additifs différents, avantageusement choisis parmi les additifs détergents, les additifs de lubrifiance, les additifs anti-récession de soupapes et les additifs anti-oxydants. Ces additifs sont avantageusement choisis parmi ceux cités ci-avant.
Les compositions de carburant selon l'invention ont une teneur en plomb en général inférieure ou égale à 5mg/L (présent par exemple sous forme de plomb tétraéthyle) et, de préférence, sont sans plomb c'est-à-dire qu’elles ne contiennent pas de plomb ou de composé contenant du plomb.
Préparation de la composition de carburant La composition selon l’invention peut être préparée par simple mélange de ses constituants.
Un premier mode de réalisation non limitatif comprend les étapes suivantes :
1) préparation d’un mélange d’hydrocarbures (i) comprenant de 35 à 55% en masse de composés aromatiques, de 30 à 50% en masse d’un mélange de n-paraffines et d’iso-paraffines contenant au moins 5 atomes de carbone avec un ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3, et de 5 à 15% en masse de naphtènes ; puis
2) mélange de 60 à 94% en masse dudit mélange (i) avec de 5 à 36% en masse d’éthanol et de 1 à 10% en masse de butane.
Un second mode de réalisation non limitatif comprend les étapes suivantes :
1 ’ ) préparation d’une base B comprenant le mélange d’hydrocarbures (i) et du butane ; puis
2’ ) mélange de la base B avec de l’éthanol de telle sorte que la teneur en éthanol dans la composition finale soit dans la gamme 5 à 36% en masse ; et
3’ ) en option, ajout de butane, de telle sorte que la quantité de butane dans le mélange final soit dans la gamme de 1 à 10% en masse.
Une variante préférée de ce second mode de réalisation comprend les étapes suivantes :
1 ’ ) préparation d’une base B comprenant le mélange d’hydrocarbures (i) et du butane ; puis
2’ ) mélange de 64 à 95% en masse de la base B avec de 5 à 36% en masse d’éthanol ; et de préférence de 70 à 85% en masse de ladite base B avec de 15 à 30% en masse d’éthanol.
Le second mode de réalisation et sa variante préférée décrits ci- avant sont préférés.
Dans ce mode de réalisation, la base B est avantageusement obtenue à partir de matières premières végétales. Ainsi, la base B est avantageusement une base biosourcée.
Comme bases biosourcées préférées, on peut utiliser notamment celles produites à partir de biomasse, convertie en biohydrocarbures par des procédés de conversion catalytique connus.
De même l’éthanol est de préférence du bioéthanol.
Ainsi, la composition selon l’invention peut être intégralement préparée à partir de matières premières d’origine végétale. Les utilisations
L’invention a également pour objet l’utilisation de la composition telle que décrite ci-avant pour alimenter un moteur à allumage commandé. Le moteur peut être du type à injection directe, ou à injection indirecte. La composition de carburant peut être avantageusement utilisée tant pour alimenter un moteur d’un véhicule automobile classique (dit « grand public ») qu’un moteur à allumage commandé à haut rendement et à forte puissance, tel qu’un moteur de véhicule de compétition automobile. Il peut s’ agir notamment d’un moteur atmosphérique ou turbocompressé employé dans un véhicule de compétition automobile (circuits ou rallyes), ou encore un moteur hybride c’est-à-dire un moteur thermique couplé à un moteur électrique.
Les exemples ci-après visent uniquement à illustrer l’invention, et ne sauraient être interprétés comme en limitant la portée.
Exemples
Exemple 1 :
Cet exemple a été réalisé en utilisant une base B d’hydrocarbures biosourcée issue de la transformation de bio-alcool issu de la transformation de la biomasse.
La base B présente la composition suivante :
Tableau 1 - Base B Une composition de carburant C selon l’invention a été préparée, en mélangeant :
- 83,8% en masse de base B ;
- 10,5% en masse de bioéthanol;
- 3,8% en masse de butane ;
- 1 ,9% en masse de bionaphta.
Le bionaphta employé possède une masse volumique à 15°C (selon la norme NF EN ISO 12185) de 682,9 kg/m3 et un profil de distillation (selon la norme NF EN ISO 3405) avec un point E70 = 28, 1 °C ; E100 = 70,8°C et E150 = 99,5°C.
Des essais moteurs ont été réalisés en utilisant le carburant C selon l’invention d’une part, et un carburant commercial de type essence SP95 E10 (essence sans plomb 95 d’ origine pétrolière contenant 10% en volume d’éthanol) d’ autre part.
Au cours de ces essais le carburant C selon l’invention, contenant une base biosourcée en proportion très importante, a permis d’ obtenir des performances satisfaisantes en termes de puissance moteur. En outre, par rapport au carburant classique SP95 E10, on a constaté une réduction de 53% des émissions d’ oxydes d’ azote (NOx).
Exemple 2 :
Deux compositions de carburant C l et C2 ont été préparées en mélangeant deux bases d’hydrocarbures avec 32% en poids de bioéthanol.
La composition C l est conforme à l’invention et a été préparée en utilisant une base d’hydrocarbures dans laquelle le ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines en C5+ sur la quantité de n-paraffines en C5+ est de 3,47 (24,66 : 7, 11 ).
Sa composition est détaillée dans le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 - Composition C l
La composition C2 est une composition comparative, qui a été préparée en utilisant une base d’hydrocarbures dans laquelle le ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines en C5+ sur la quantité de n- paraffines en C5+ est de 2, 14 (21 ,85 : 10,22).
Sa composition est détaillée dans le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3 - Composition C2
L’indice d’ octane RON (Research Octane Number) de chacune de ces compositions a été mesuré, conformément à la méthode décrite dans la norme EN ISO 5164. Les résultats obtenus sont détaillés dans le tableau ci-dessous : Tableau 4 - Résultats
Ainsi, la composition C l selon l’invention présente un RON mesuré très significativement supérieur à celui de la composition comparative C2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de carburant comprenant : (i) de 60 à 94% en masse d’un mélange d’hydrocarbures comprenant : a) de 35 à 55% en masse de composés aromatiques ; b) 30 à 50% en masse d’un mélange de n-paraffines et d’iso-paraffines contenant au moins 5 atomes de carbone avec un ratio en masse de la quantité d’iso-paraffines sur la quantité de n-paraffines supérieur ou égal à 3 ; et c) de 5 à 15% en masse de naphtènes ;
(ii) de 5 à 36% en masse d’éthanol ; et
(iii) de 1 à 10% en masse de butane.
2. Composition selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le mélange d’hydrocarbures (i) représente de 65 à 90% en masse, de préférence de 70 à 85% en masse, encore plus préférentiellement de 70 à 80% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
3. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les composés aromatiques (i)a) sont choisis parmi les alkyle-benzènes comprenant de 7 à 12 atomes de carbone, et de préférence parmi les mélanges d’ alkyle-benzènes comprenant de 8 à 10 atomes de carbone.
4. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur des composés aromatiques
(i)a) va de 40 à 53% en masse, de préférence de 45 à 52% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
5. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les paraffines (i)b) sont choisies parmi les paraffines comprenant de 5 à 12 atomes de carbone, de préférence de 5 à 9 atomes de carbone, et plus préférentiellement de 5 à 8 atomes de carbone.
6. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange d’hydrocarbures (i) contient de 5 à 10% en masse de n-paraffines et de 20 à 45% en masse d’iso-paraffines.
7. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur des paraffines (i)b) va de 32 à 45% en masse, de préférence de 35 à 42% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
8. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les naphtènes (i)c) sont choisis parmi les alcanes cycliques contenant de 5 à 10 atomes de carbone, et plus préférentiellement de 6 à 9 atomes de carbone.
9. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur des naphtènes (i)c) va de 7 à 13% en masse, de préférence de 8 à 12% en masse, par rapport à la masse du mélange d’hydrocarbures (i).
10. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa teneur en éthanol va de 10 à 30% en masse, de préférence de 20 à 25% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
11. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa teneur en butane va de 1,5 à 8% en masse, de préférence de 2 à 6% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de carburant.
12. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend au plus 2,5% en masse d’ oléfines, de préférence au plus 2% en masse d’ oléfines, plus préférentiellement au plus 1 % en masse d’oléfines, plus préférentiellement encore au plus 0,5% en masse d’oléfines.
13. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange d’hydrocarbures (i) est issu de matières premières végétales.
14. Utilisation de la composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications précédentes pour alimenter un moteur à allumage commandé.
15. Utilisation selon la revendication précédente pour alimenter un moteur à allumage commandé atmosphérique ou turbocompressé, ou un moteur hybride, et de préférence un moteur employé dans un véhicule de compétition automobile.
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