FR2728267A1 - NEW FUEL BASED ON VEGETABLE OIL AND A PETROLEUM CUT RICH IN AROMATIC COMPOUNDS - Google Patents
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Abstract
Description
nouveau combustible à base d'huile végétale.new fuel based on vegetable oil.
La présente invention a pour objet un combustible formé d'une composition à base d'huile végétale naturelle, susceptible d'être brûlée dans des installations de combustion, soit directement, soit en mélange avec un ou The subject of the present invention is a fuel formed from a composition based on natural vegetable oil, capable of being burned in combustion plants, either directly or in admixture with one or
plusieurs hydrocarbures.several hydrocarbons.
Afin de remplacer les sources d'énergies fossiles par des énergies renouvelables, la recherche s'est orientée depuis quelques années vers l'utilisation des excédents agricoles, pour créer de nouveaux carburants ou combustibles. De plus, depuis un certain nombre d'années déjà et plus récemment en 1992, en raison de la réforme de la politique agricole commune, la C.E.E a mis en place un système d'aide aux producteurs d'oléagineux, qui favorise la jachère énergétique" et la production d'huiles végétales telles que In order to replace fossil fuels with renewable energies, in recent years research has focused on the use of agricultural surpluses to create new fuels. Moreover, for a number of years now and more recently in 1992, as a result of the reform of the common agricultural policy, the EEC has set up a system of support for oilseed producers, which favors energy fallow "and the production of vegetable oils such as
l'huile de tournesol et de colza.sunflower and rapeseed oil.
On sait, toutefois, que brûler de l'huile végétale directement ou en incorporer de fortes teneurs dans un combustible, notamment pour chaudière, ne va pas sans poser toute une série de problèmes: - de miscibilité: l'huile végétale, qui est un triester, se mélange difficilement avec des produits plus légers, de nature chimique différente; - de viscosité: la viscosité de l'huile végétale est de l'ordre de 70.10-6m2/s (70 mm2/s) à 20 C, ce qui rend impossible son incorporation directe dans un produit tel que le fioul domestique (dit encore fuel oil domestique ou uF.O.D.") c'est à dire, en particulier, de viscosité inférieure à 7.10-6m2/s (7 mm2/s) à 20 C, ou encore sa pulvérisation dans un brûleur classique pour FOD; - d'opérabilité et de stabilité au stockage (oxydation et pollution bactérienne); - de mise en oeuvre, du fait des pertes de charge en lignes liées à la viscosité naturelle des huiles végétales; - d'encrassement de la chaudière, dû à une mauvaise combustion; - de brûleurs, car s'il existe sur le marché des brûleurs polycombustibles, ces brûleurs nécessitent un réchauffage du combustible, une adaptation de la ligne de transfert entre la cuve de stockage et le brûleur, voire une pulvérisation assistée, ce qui limite d'autant l'intérêt économique de brûler de l'huile végétale, s'il faut modifier des équipements qui utilisent actuellement du fuel oil domestique. C'est la raison pour laquelle on voit se développer des réalisations visant des &carburants verts", comme par exemple des carburants comprenant soit des quantités infimes d'huile végétale, généralement inférieures à 5% en poids, soit des dérivés de celle-ci, sous la forme d'ester méthylique de colza dans du gazole. Mais ce dernier type de valorisation des huiles végétales nécessite une étape supplémentaire de transesterification, puis de purification, It is known, however, that burning vegetable oil directly or incorporating high levels in a fuel, especially for boiler, does not go without posing a series of problems: miscibility: vegetable oil, which is a triester, is difficult to mix with lighter products of a different chemical nature; viscosity: the viscosity of the vegetable oil is of the order of 70 × 10 -6 m 2 / s (70 mm 2 / s) at 20 ° C., which makes it impossible to directly incorporate it into a product such as heating oil (also known as domestic fuel oil or uF.OD "), that is to say, in particular, with a viscosity of less than 7 × 10 -6 m 2 / s (7 mm 2 / s) at 20 ° C., or else its spraying in a conventional burner for FOD; operability and storage stability (oxidation and bacterial pollution); - implementation, due to pressure losses in lines related to the natural viscosity of vegetable oils; - fouling of the boiler, due to poor combustion - Of burners, because if there are on the market of multi-fuel burners, these burners require a reheating of the fuel, an adaptation of the transfer line between the storage tank and the burner, or even an assisted spray, which limits the economic interest of burning vegetable oil the, if it is necessary to modify equipment that currently uses domestic fuel oil. This is the reason why we see developing "green" fuels, such as for example fuels comprising either minute quantities of vegetable oil, generally less than 5% by weight, or derivatives thereof, in the form of rapeseed methyl ester in gas oil, but the latter type of vegetable oil valorization requires an additional step of transesterification, then purification,
ce qui entraîne un important surcoût. which results in a significant additional cost.
La Demanderesse s'est, quant à elle, fixé comme objectif l a valorisation directe d'huiles végétales, par leur incorporation, en l'état et à des teneurs élevées, dans un combustible répondant aux normes d'utilisation des fuels domestiques et ne nécessitant pas, par conséquent, de The Applicant has, for its part, set as objective the direct valorization of vegetable oils, by their incorporation, in the state and at high levels, in a fuel meeting the standards of use of domestic fuels and not requiring not, therefore,
modifications des installations existantes de combustions. modifications to existing combustion facilities.
Au cours de ses travaux dans le domaine des combustibles de substitution, la Demanderesse a établi, de manière étonnante, qu'un combustible comprenant de fortes teneurs d'huile végétale naturelle - c'est à dire non transformée- et une coupe pétrolière riche en composés aromatiques, dans des rapports volumiques déterminés, peut être brûlé soit directement, soit en mélange avec d'autres combustibles de type classique tels que le fuel oil domestique, ce qui In the course of its work in the field of substitute fuels, the Applicant has surprisingly established that a fuel comprising high levels of natural vegetable oil - that is to say unprocessed - and a high oil content cut. Aromatic compounds, in specific volume ratios, may be burned either directly or in combination with other conventional fuels such as domestic fuel oil.
élimine les problèmes évoqués ci-dessus. eliminates the problems mentioned above.
L'huile végétale raffinée peut être présente dans le combustible selon l'invention à des teneurs aussi élevées que 50% en volume. Au delà de telles concentrations en huile végétale, il devient nécessaire de changer le(s) brûleur(s) The refined vegetable oil may be present in the fuel according to the invention at levels as high as 50% by volume. Beyond such concentrations of vegetable oil, it becomes necessary to change the burner (s)
de la chaudière.of the boiler.
La présente invention a par conséquent pour premier objet un combustible à base d'huile végétale, caractérisé en ce qu'il contient entre 100% et 1% en volume d'une composition de base comprenant au moins une huile végétale et au moins une coupe pétrolière riche en composés aromatiques de type essence lourde, provenant d'une conversion non hydrogénante, et en ce que le rapport volumique huile végétale/essence de type aromatique est The present invention therefore firstly relates to a vegetable oil based fuel, characterized in that it contains between 100% and 1% by volume of a base composition comprising at least one vegetable oil and at least one cut oil rich in aromatics of heavy gasoline type, resulting from a non-hydrogenating conversion, and in that the volume ratio vegetable oil / aromatic type gasoline is
inférieur à 2.less than 2.
Le combustible conforme à l'invention présente divers avantages: - d'une part, il peut renfermer jusqu'à 50% en volume d'huile végétale, sans besoin de modifier le(s) brûleur(s) de chaudière; - d'autre part, il est plus respectueux de l'environnement, car il incorpore de l'huile végétale, laquelle ne renferme pas de soufre et réduit donc l'émission de S02 dans les fumées; - enfin, il est compatible au stockage en présence des autres hydrocarbures de type fuel oil domestique ou équivalent. L'huile végétale utilisable dans le combustible selon l'invention est de préférence une huile d'une plante pouvant être cultivée avec un fort rendement à l'hectare. Elle peut être choisie dans le groupe comprenant en particulier l'huile de tournesol, l'huile de palme, l'huile de coprah, l'huile de soja, l'huile de colza et leurs mélanges. De The fuel according to the invention has various advantages: on the one hand, it can contain up to 50% by volume of vegetable oil, without the need to modify the boiler burner (s); - on the other hand, it is more respectful of the environment because it incorporates vegetable oil, which does not contain sulfur and thus reduces the emission of S02 in the fumes; - Finally, it is compatible with storage in the presence of other hydrocarbons domestic fuel oil type or equivalent. The vegetable oil that can be used in the fuel according to the invention is preferably an oil of a plant that can be cultivated with a high yield per hectare. It may be chosen from the group comprising in particular sunflower oil, palm oil, coconut oil, soybean oil, rapeseed oil and mixtures thereof. Of
préférence, l'huile végétale est l'huile de colza. preferably, the vegetable oil is rapeseed oil.
Avantageusement, l'huile végétale est présente dans le combustible selon l'invention à raison de 10% à 50%, de Advantageously, the vegetable oil is present in the fuel according to the invention in a proportion of 10% to 50%, of
préférence de 20% à 30% en volume. preferably from 20% to 30% by volume.
La coupe pétrolière riche en composés aromatiques de type essence lourde provenant d'une conversion non hydrogénante, utilisable dans le combustible selon l'invention, peut être choisie dans le groupe comprenant l'essence issue de reformage catalytique, l'essence de vapocraquage, l'essence de pyrolyse, l'essence issue de craquage catalytique ou leurs mélanges. On utilisera de The petroleum fraction rich in aromatics of the heavy gasoline type resulting from a non-hydrogenating conversion that can be used in the fuel according to the invention can be chosen from the group comprising gasoline resulting from catalytic reforming, gasoline from steam-cracking, gasoline, pyrolysis gasoline, gasoline from catalytic cracking or their mixtures. We will use
préférence l'essence issue de craquage catalytique. preferably gasoline from catalytic cracking.
La coupe pétrolière riche en composés aromatiques, utilisable dans le combustible conforme à l'invention, a de préférence un intervalle de distillation compris entre C et 240 C à la pression atmosphérique. Elle a de préférence une viscosité d'une valeur comprise entre 1,1 et The oil fraction rich in aromatic compounds, usable in the fuel according to the invention, preferably has a distillation range of between C and 240 C at atmospheric pressure. It preferably has a viscosity of between 1.1 and
1,5 10-6m2s-1 à 20 C.1.5 10-6m2s-1 at 20 C.
Elle comprend, de manière avantageuse, au moins 25% en It includes, advantageously, at least 25% in
volume de composés aromatiques.volume of aromatic compounds.
Avantageusement, la composition de base que renferme le combustible selon l'invention comprend au moins une coupe pétrolière ayant un intervalle de distillation compris substantiellement entre 240 C et 380 C. Une telle coupe pétrolière consiste de préférence en du FOD ou équivalent de type gasoil léger de craquage catalytique (ou ALCO" en anglais). Selon un aspect préféré de l'invention, le rapport volumique entre les composés monoaromatiques et les composés diaromatiques de la composition de base, que renferme le combustible selon l'invention, a une valeur choisie entre 2 et 6,5, et est, de préférence de l'ordre de 3, 5. On mesure cette teneur volumique en composés mono- et diaromatiques Advantageously, the base composition contained in the fuel according to the invention comprises at least one petroleum fraction having a distillation range of substantially between 240 ° C. and 380 ° C. Such a petroleum fraction preferably consists of FOD or light diesel type equivalent. In a preferred aspect of the invention, the volume ratio between the monoaromatic compounds and the diaromatic compounds of the base composition contained in the fuel according to the invention has a chosen value. between 2 and 6.5, and is preferably of the order of 3, 5. This volume content is measured in mono- and diaromatic compounds.
par la méthode de Fisher, bien connue de l'honme du métier. by the method of Fisher, well known to the skilled person.
Dans le cas o la coupe pétrolière riche en composés aromatiques provient d'un hydrocarbure ayant subi une conversion non hydrogénante de type craquage catalytique, les composés monoaromatiques et les composés diaromatiques qu'elle comprend sont présents dans un rapport volumique In the case where the petroleum fraction rich in aromatic compounds is derived from a hydrocarbon having undergone a non-hydrogenating conversion of catalytic cracking type, the monoaromatic compounds and the diaromatic compounds that it comprises are present in a volume ratio.
d'une valeur choisie, de préférence, entre 8 et 12. a chosen value, preferably between 8 and 12.
Une telle coupe provenant de craquage comprend, de préférence, en % en volume, - 10% à 20% de paraffines, - 5% à 20% d'oléfines, - 0% à 5% de naphtènes, Such a fraction originating from cracking comprises, preferably, in% by volume, - 10% to 20% of paraffins, - 5% to 20% of olefins, - 0% to 5% of naphthenes,
- 25% à 80% d'aromatiques.- 25% to 80% aromatics.
La composition de base contenue dans le combustible selon l'invention comprend 5 à 50 % et, de préférence, 20 à The base composition contained in the fuel according to the invention comprises 5 to 50% and, preferably, 20 to
% en volume d'essence de type aromatique. % by volume of aromatic type gasoline.
Selon un autre aspect de l'invention, la composition que renferme le combustible selon l'invention comprend, en % en volume, - entre 5 et 50 % d'huile végétale, - entre 5 et 50 % d'une coupe pétrolière riche en composés aromatiques provenant d'une conversion non hydrogénante, et - le complément à 100 % d'un hydrocarbure de type fioul, dont 65 % en volume distille au-dessous de 250'C et 85 % en According to another aspect of the invention, the composition contained in the fuel according to the invention comprises, in% by volume, between 5 and 50% of vegetable oil, between 5 and 50% of a petroleum fraction rich in aromatic compounds derived from a non-hydrogenating conversion, and the 100% complement of a hydrocarbon-type hydrocarbon, of which 65% by volume distils below 250 ° C and 85% by volume.
volume au-dessous de 3500C.volume below 3500C.
Selon une variante préférée, l'hydrocarbure éventuellement présent dans le combustible selon l'invention est un produit répondant aux spécifications intersyndicales d'un fioul du type fuel oil domestique, ci-après "FOD", ou According to a preferred variant, the hydrocarbon possibly present in the fuel according to the invention is a product meeting the inter-union specifications of a fuel oil of the domestic fuel oil type, hereinafter "FOD", or
un équivalent.an equivalent.
Aussi, la présente invention a encore pour objet un combustible comprenant en volume, - environ 30% d'huile de colza, - environ 30% d'une coupe pétrolière, riche en composés aromatiques de craquage catalytique, et - le complément à 100% de produit répondant aux spécifications intersyndicales d'un FOD ou d'un équivalent. Selon une variante également préférée, la composition que renferme le combustible selon l'invention comprend Also, the present invention also relates to a fuel comprising in volume, - about 30% of rapeseed oil, - about 30% of a petroleum fraction, rich in catalytic cracking aromatic compounds, and - the 100% complement product meeting the inter-union specifications of a FOD or equivalent. According to a variant which is also preferred, the composition contained in the fuel according to the invention comprises
jusqu'à 3 parts volumiques de FOD ou d'un équivalent. up to 3 parts by volume of FOD or equivalent.
L'invention a enfin pour objet l'utilisation du combustible conforme à l'invention dans des chaudières et/ou The invention finally relates to the use of the fuel according to the invention in boilers and / or
des fours de type collectivité et/ou industriels. ovens of the community and / or industrial type.
Les exemples qui suivent illustrent les caractéristiques et avantages de l'invention. Il n'ont pas de caractère The following examples illustrate the features and advantages of the invention. They have no character
limitatif.limiting.
ExemplesExamples
Dans le tableau ci-après sont répertoriées diverses compositions référencées 1 à 7, contenant de l'huile de colza (^HC"), de l'essence lourde de craquage catalytique (mELCC") et du fioul domestique ("FOD"). Les teneurs sont In the table below are listed various compositions referenced 1 to 7, containing rapeseed oil (^ HC "), heavy gasoline catalytic cracking (mELCC") and domestic fuel oil ("FOD"). The contents are
exprimées en % en volume.expressed in% by volume.
L'huile de colza (HC) utilisée ici est une huile raffinée, commercialisée sous l'appellation LUBRIROB par la Société ROBBE à Compiègne. Son point d'écoulement est inférieur à -21eC et sa viscosité à 20eC est de 75.10-6n/s The rapeseed oil (HC) used here is a refined oil marketed under the name LUBRIROB by ROBBE in Compiègne. Its pour point is below -21eC and its viscosity at 20eC is 75.10-6n / s
(75 mm2/s).(75 mm2 / s).
L'essence lourde de craquage catalytique utilisée ici est une coupe 140eC-2031C provenant d'une unité de craquage catalytique comprenant 65 % d'aromatiques, 12 % d'oléfines The heavy gasoline catalytic cracking used herein is a 140eC-2031C cut from a catalytic cracking unit comprising 65% aromatics, 12% olefins
et 23 % de molécules saturées.and 23% saturated molecules.
Les spécifications intersyndicales significatives suivantes d'un FOD, pour une utilisation sur chaudière du combustible conforme à l'invention, ont été retenues: - la viscosité, qui permet d'assurer la qualité au démarrage et au cours de la combustion (les injecteurs à pulvérisation mécanique présents sur les brûleurs classiques nécessitent une viscosité inférieure à 7,5.10-6 m2/s); - le point d'écoulement et le point de trouble, qui déterminent l'opérabilité à froid d'un combustible; - le point d'éclair, qui est relatif aux impératifs de The following significant inter-union specifications of a FOD, for use on a boiler fuel according to the invention, were retained: - the viscosity, which ensures quality at startup and during combustion (the injectors mechanical spraying present on conventional burners require a viscosity less than 7.5.10-6 m2 / s); - pour point and cloud point, which determine the cold operability of a fuel; - the flashpoint, which relates to the imperatives of
securité d'utilisation d'un combustible. safety of use of a fuel.
TableauBoard
Spécification 1 2 3 4 5 6 7 intersyndicales du FOD c(% en volume) 30 30 30 40 5 5 10 Specification 1 2 3 4 5 6 7 inter-union FOD c (% by volume) 30 30 30 40 5 5 10
ELCC (%ELCC (%
en volume 30 60 15 40 2,5 10 4in volume 30 60 15 40 2.5 10 4
HC/ELCC 1 0,5 2 1 2 0,5 2,5HC / ELCC 1 0.5 2 1 2 0.5 2.5
FOD (% en volume) 40 10 55 20 92,5 85 86 Viscosité à 7,1 <6 >9 7,4 6 5,5 >8 <7,5 C (mm2 /sec) Point d'écoulement - 12 <-12 <-9 -18 <-9 <-9 <-9 <-9 ( C) Point 66 60 70 64 74 72 73 55<x<120 d'éclair Luchaire ( c) Point de trouble -8 <-8 <+2 <-10 <2 <2 <2 <+2 (OC) On voit, sur ce tableau, que, pour les basses teneurs en huile de colza dans la composition de base (de l'ordre de 5 à 10 %), la valeur du rapport HC/ELCC doit être légèrement inférieure à 2 pour être conforme aux spécifications FOD (% by volume) 40 10 55 20 92.5 85 86 Viscosity at 7.1 <6> 9 7.4 6 5.5> 8 <7.5 C (mm2 / sec) Pour point - 12 < -12 <-9 -18 <-9 <-9 <-9 <-9 (C) Item 66 60 70 64 74 72 73 55 <x <120 Lightning Luchaire (c) Cloud Point -8 <-8 <+2 <-10 <2 <2 <2 <+2 (OC) It can be seen from this table that for low rapeseed oil contents in the base composition (of the order of 5 to 10% ), the HC / ELCC ratio must be slightly less than 2 to meet specifications
retenues du FOD.deductions from the FOD.
Par contre, dès que la teneur en huile de colza dans la composition devient significative (plus de 20 % en volume), On the other hand, as soon as the content of rapeseed oil in the composition becomes significant (more than 20% by volume),
ce rapport est de préférence choisi inférieur à 1. this ratio is preferably chosen less than 1.
D'après le tableau ci-dessus, on constate que le combustible selon l'invention comprenant de l'huile de colza répond parfaitement aux spécifications intersyndicales retenues pour une utilisation sur chaudière d'un FOD, notamment de points de trouble et d'écoulement, ainsi que de point d'éclair, et constitue un combustible vert" de substitution au combustible classique de l'état de la technique. Ce "combustible vert" peut être brûlé dans une chaudière utilisant habituellement du fuel oil domestique, sans modifier l'installation de chaudière initiale, en particulier le(s) brûleur(s) et il possède une bonne stabilité au stockage. Enfin, alors qu'il est bien connu de l'homme- du métier que la combustion de l'huile de colza, même sur un brûleur modifié, pose un gros problème de démarrage (compte tenu de la faible volatilité intrinsèque du produit), l'ajout d'ELCC en mélange avec des quantités significatives d'huile de colza améliore considérablement From the table above, it is found that the fuel according to the invention comprising rapeseed oil perfectly meets the inter-union specifications retained for use on a boiler FOD, including cloud points and flow The green fuel can be burned in a boiler which usually uses domestic fuel oil, without modifying the temperature, as well as the flashpoint, and is a green fuel for replacing the conventional fuel of the state of the art. initial boiler installation, in particular the burner (s) and it has good storage stability Finally, while it is well known to those skilled in the art that the combustion of rapeseed oil, even on a modified burner, poses a big start-up problem (given the low intrinsic volatility of the product), the addition of ELCC mixed with significant amounts of rapeseed oil improves considerably
l'allumage par électrodes, lors du démarrage du brûleur. ignition by electrodes, when starting the burner.
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