WO2009007306A1 - Carburant a base de glycerine - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a fuel for an internal combustion engine essentially comprising glycerin, and a motor adapted to use said fuel of the invention.
  • the gasoline is a complex mixture comprising hydrocarbon compounds of 4 to 12 carbon atoms; it is the light phase of crude oil, but it can also be obtained by cracking heavier elements.
  • Diesel comprises hydrocarbon compounds of 12 to 15 carbon atoms and is obtained by fractional distillation between 200 and 350 ° C. of the crude oil.
  • Kerosene is also obtained by fractional distillation of crude oil between 150 ° C. and 275 ° C.
  • LPG or liquefied petroleum gas, is a mixture of light hydrocarbons of 2 to 4 carbon atoms. It is derived from petroleum refining and more generally from the treatment of natural gas.
  • hydrocarbons are a limited and non-renewable resource, and because of the constant increase in needs, alternatives had to be developed, for example biofuels, fuel cells, cells photovoltaic, wind, hydro, or geothermal energy.
  • biofuel generally refers to fuels comprising one or more compounds of natural origin. It may be, for example, biogas produced by the fermentation of animal or vegetable organic materials in the absence of oxygen. Biogas contains mainly methane, usually 50 to 70%, but also butane and propane. Biogas can be used as fuel for NGV vehicles or in a gas engine or small turbine to produce electricity.
  • Bioethanol which is produced by the fermentation of fermentable sugars, such as glucose or sucrose, sugars that are included in many natural sources, especially from sugar cane, beet, wheat, maize, potato, but also grass or wood.
  • Bioethanol can be used pure or mixed with gasoline.
  • biodiesel also called biodiesel, which is obtained from vegetable oil, or animal, by trans-esterification, that is to say by the reaction of the fatty acids of the oil with an alcohol, usually methanol or ethanol, to produce methyl or ethylenic esters.
  • Biodiesel can be used alone or mixed with fossil diesel.
  • glycerin also called glycerol
  • Oil + Methanol -> Glycerin + biodiesel For 100 kg of oil, 10 kg of methanol must be added to produce 100 kg of biodiesel, but 10 kg of glycerin are also produced.
  • this glycerin contains impurities, water (up to 15%), alcohol, free fatty acids and mineral salts.
  • the depletion of oil resources leads to a rapid and massive development of biodiesel, which results in the simultaneous production of a proportional amount of glycerin.
  • Glycerin thus produced must be efficiently handled in different ways. It can be used in the pharmaceutical field to improve lubricity and lubrication of drugs, in the field of cosmetics where it is used as a moisturizing agent, or as a solvent or lubricant in dentifrices or moisturizing creams, but also in the field of food, where it is used for its sweet taste, or as additive for frozen products, but also as a moisture retainer or as a solvent (E422). Glycerin is also used as a plasticizer and lubricant in papermaking, and can be used in some antifreeze fluids. The massive production of glycerin may eventually saturate existing recovery routes and become a waste. This is why new uses of glycerine should be considered.
  • glycerine is used in the production of epichlorohydrin, a compound of the epoxide family, which is used as an intermediate in the production of epoxy resins which have many applications in the construction sector. automotive, nautical, real estate, recreational equipment and water purification.
  • epichlorohydrin a compound of the epoxide family
  • epoxy resins which have many applications in the construction sector. automotive, nautical, real estate, recreational equipment and water purification.
  • the use of glycerine as a fuel for existing engines is inadequate because glycerin is not miscible with hydrocarbons and its viscosity is incompatible with current engines, unless to make it soluble in existing hydrocarbons.
  • glycerin is proposed as fuel in the form of acetals (as described in FR2866654), in the form of ethers (as described in FR2866653), or in the form of esters, (as described in DE3335688).
  • Glycerine can also be used as a fuel additive in an unmodified form (as described in patent applications US2003221360, WO02 / 38709, WO2004 / 055134), but more generally it is used in the form of esters. as described in patent applications WO99 / 33938, WO00 / 34418, WO02 / 079353 and WO2006 / 086936).
  • glycerin in the field of motor fuels
  • explosive gases There are many disadvantages to the use of explosive gases: For use as a fuel, glycerin must be chemically modified and incorporated into existing hydrocarbons, which does not reduce the amount of fossil fuels consumed. But these uses are very marginal and glycerin (modified or not) is used in small proportions in the final fuel which does not absorb the massive production of glycerin due to increased production of biodiesel.
  • the present invention provides a fuel for internal combustion engine which does not have the disadvantages of the state of the art.
  • It aims in particular to provide a fuel of renewable and inexpensive origin, which helps to save fuel of fossil origin and allows to recover a byproduct that is considered to be a waste.
  • the present invention relates to a fuel, preferably liquid, for internal combustion engines comprising in volume or weight at least 50% glycerin. This percentage is calculated based on the total percentage by volume or weight of a fuel representing 100%.
  • internal combustion engine means any engine used for the propulsion of transport vehicles, for example aircraft, automobiles, motorcycles, trucks or boats, but also used for mobile tools, for example a chainsaw, a lawnmower, as well as for fixed installations, for example generators, cogeneration and trigeneration systems or pumping units.
  • the composition according to the invention further comprises at least one additive selected from the group consisting of a viscosity corrector, a corrosion inhibitor and / or a lubricant, and mixtures thereof, preferably with the exception of hydrocarbons.
  • the glycerine represents in volume or weight at least 85% of the total volume or weight of the fuel.
  • the percentage by volume or by weight of the additive varies between about 0.01% and about 50% of the total volume of the fuel, preferably between about 0.5% and about 15%, and advantageously between about 0.5% and about 3% of the total volume or weight of the fuel.
  • the percentage by volume or by weight of the viscosity-correcting additive varies between about 2% and about 8% of the total volume or weight of the fuel.
  • the viscosity-correcting additive is chosen from the group consisting of water, an alcohol, an amine, an amide, an aromatic heterocycle, or a mixture of them.
  • it is chosen from the group consisting of ethanol, methanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, one of the isomers of pentanol, ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, phenol, cresol, diethylenetriamine, diethylformamide, diisopropylamine, triethylenetetramine, methylbenzylamine, methylbenzyldiethanolamine, methylbenzylethanolamine, 2-methyl-5-ethylpyhdine 2-Phenylethylamine, Isopropanolamine, Pyridine, or a mixture of them.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of the fuel of the invention in a diesel engine type
  • a last aspect of the present invention relates to an internal combustion engine using the fuel of the invention, said engine comprising injectors able to operate beyond 50 0 C, preferably to operate between about 70 0 C and about 120 ° C.
  • the engine advantageously comprises means for preheating the fuel according to the invention capable of reducing the viscosity of said fuel to allow a quality injection, and possibly means for drying said fuel.
  • these drying means consist of means capable of spraying said fuel and of sweeping the microdroplets obtained from said fuel with a counter current of hot air, or means capable of allowing a flow of the fuel on a suitable support and sweeping said support with a current stream of hot air.
  • the engine further comprises a fuel filter for efficient filtration by a filtration size of about 1 micron.
  • the engine according to the invention may comprise means for injecting air or pure oxygen into the combustion chamber of the engine, and bi-fueling or tri-carburizing means.
  • These bi-fuel or tricarburation means comprise at least two series of injectors, a first series of injectors distributing the fuel of the invention and a second series of injectors distributing a fuel of fossil or natural origin, the third being able to enrich the oxidizing mixture with combustible gas or vapor.
  • these series of injectors are mounted in parallel.
  • the bicarburation or tricarburation means are suitable for successive or simultaneous use of the fuel according to the invention and combustible gases or vapors.
  • the bi-fuel or tricarburation means may comprise an additional reservoir for a fuel of fossil or natural origin, a fuel filter for said fuel of fossil origin or natural, as well as electrical, pneumatic, electronic and / or manual means that allow successive or simultaneous use of a fuel of fossil or natural origin and the fuel according to the invention.
  • glycerine reduces the fluidity of the fuel in the intake system and can thus plug the filters of the engines.
  • the originality of the present invention lies in the use of unmodified glycerin as a fuel for a diesel engine, gasoline or gas, preferably without the addition of a hydrocarbon or mixture of hydrocarbons.
  • the fuel according to the invention essentially comprising glycerine.
  • the term "essentially” means that the major compound of the fuel composition of the invention is glycerine.
  • the composition comprises in volume or weight at least 50% glycerin, preferably between about 85% and about 99.99%. Preferably from about 95% to about 99.99%, more preferably from about 98% to about 99.5%, preferably 99% glycerin.
  • the fuel comprises 100% glycerin.
  • the fuel according to the invention is in a liquid form. It is a fuel called "bio”, that is to say without components of fossil origin.
  • the fuel according to the invention may further comprise an additive whose share does not exceed 50% of the total volume or total weight of the fuel.
  • composition of the fuel according to the invention is preferably selected from the group consisting of viscosity correctors, corrosion inhibitors, and / or a lubricant, and mixtures thereof.
  • the glycerin To be used in a conventional engine, the glycerin must have an adequate viscosity and acceptable for the pumps and injectors of a standard engine, namely standard elements currently used on engines. Nevertheless, specially adapted pipes, pumps and injectors can be developed and manufactured to take into account the viscoelastic and lubricating characteristics of glycerine.
  • One solution is to use an additive that reduces the viscosity of glycerine.
  • this additive represents between about 0.01% and about 50% of the total volume or total weight of the fuel, preferably between about 0.01% and about 15%, preferably between about 0.1% and about 5% preferably between about 0.5% or 1% and about 3% of the total volume or total weight of the composition according to the invention.
  • the viscosity correction additive is a miscible element with glycerin. It can be any compound that can be used to dilute glycerin while reducing its viscosity. Preferably, it is water, an alcohol, an amine, an amide or an aromatic heterocycle, and the mixture of one or more of these compounds.
  • it is ethanol, methanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, one of the isomers of pentanol, ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, phenol, cresol, diethylenethamine, diethylformamide, di-isopropylamine, theylenetetramine, methylbenzylamine, methylbenzyldiethanolamine, methylbenzylethanolamine, 2-methyl-5-ethylpyridine, 2 - Phenylethylamine, isopropanolamine, pyridine, or mixtures thereof.
  • the presence of water which can represent up to 15% by volume of a glycerin directly from the production of biodiesel, can greatly reduce its viscosity. With only 3% water by volume, a viscosity reduction of nearly 46% is obtained. While water decreases the viscosity of glycerine, it does not help to increase the Lower Calorific Value, or PCI, of glycerine. Thus, it is advantageous using to reduce the viscosity of glycerin, an alcohol, an amine, an amide, an aromatic heterocycle, or a mixture of these compounds, or a mixture of these compounds with water.
  • the fuel contains in volume or weight about 1 to about 2% water and about 1 to about 10% alcohol.
  • the fuel contains, by volume or by weight, less than one percent of water and less than 14% of an alcohol, an amine, an amide or a heterocycle. aromatic, or a mixture of these compounds.
  • Decreasing the viscosity of the glycerine may also be obtained by heating the glycerine to a sufficiently high temperature to bring it to an acceptable viscosity for the pumps and injectors of the engine, preferably at a temperature between about 70 and approximately 120 ° C.
  • the glycerine engine injectors are made of any suitable material and resistant to high pressures and high operating temperatures of the engine.
  • the glycerin / water mixture can be dried using conventional techniques of industrial chemistry.
  • the simplest technique is to place a moisture sensor filter on the fuel distribution circuit.
  • Another technique consists in spraying the mixture and sweeping the microdrops thus obtained in a countercurrent of hot air, or alternatively using a trickle of glycerin on a suitable support and drying the glycerine against a current of hot air.
  • the residual heat is systematically exhausted by ambient air.
  • this residual heat can be used to create an air flow of 35 to 40 0 C which, introduced into a counter-current spray column, can dry the glycerin to more than 98% or 99%.
  • a surplus of heat can be brought from the engine cooling device or by the use of exhaust gases.
  • the drying of glycerin also contributes to the precipitation of impurities, including salts.
  • impurities can be retained by any suitable filter, preferably filters whose filtration size is 1 micron, that is to say, whose pore size is 1 micron.
  • filters whose filtration size is 1 micron that is to say, whose pore size is 1 micron.
  • the combustion of glycerin requires less air, nearly 10% less than that of fuel oil for example, which is why the amount of air admitted will provide a temperature below compression, with the effect of poorer combustion.
  • the amount of exhaust gas is lower, which increases the temperature of the exhaust gas and reduces the efficiency of the turbocharger.
  • an excess of air, or compressed air, or pure oxygen, in addition to the combustion air is injected into the combustion chambers of the engine to ensure that the quantity gas to be compressed ensures optimum combustion.
  • the compression temperature can be increased by increasing the compression ratio.
  • the compression ratio can be mechanically modified by having a greater stroke of the piston, or by increasing the pressure of the combustion air at the inlet.
  • a motor using glycerin as a fuel may further comprise bi-or tri-carburizing means. These bi-or tri-carburizing means make it possible to operate the engine either by using a conventional fuel in liquid form or by steam or gas, or by using the fuel according to the invention, or both simultaneously in variable proportion.
  • the engine comprises means for preheating the fuel according to the invention, in order to reduce the viscosity of the fuel. fuel, so that the combustion chamber immediately allows combustion, and to allow the engine to start in "glycerin mode", the starter system being any system adequate for such a start.
  • the bi-or tri-carburizing means may also allow to start, or stop, the engine with a conventional fuel, then to move the engine in "glycerin mode”.
  • Glycerine not chemically modified, being insoluble with diesel, biodiesel or with vegetable oils for example, injectors are added, and preferably, mounted in parallel within the pistons.
  • the combustion chambers of the engine comprise a first series of injectors distributing the fuel according to the invention, a second series of injectors distributing a conventional fuel, of fossil or natural origin, and possibly a third series of injectors that can enrich the combustion mixture with a combustible gas or vapor.
  • These bi-or tricarburation means used successively, or simultaneously, a conventional fuel (fossil or natural origin) and the fuel according to the invention, without the fuels are mixed in the liquid phase.
  • a glycerol / hydrocarbon mixture is possible because, in the gaseous phase, glycerine is miscible with conventional fuel, whether it is for example diesel or vegetable oils.
  • these bi-or tricarburation means are suitable for the use of glycerin and gas, natural gas or propane gas for example, but also any other compound having a sufficient vapor pressure.
  • the bi-carburizing means may furthermore comprise, or consist of, an additional reservoir comprising the conventional fuel, a fuel filter dedicated to this fuel, as well as electric, pneumatic, electronic and / or manual means for using successively the conventional fuel and the fuel according to the invention.
  • These electrical, pneumatic, electronic and / or manual means are, for example, valves.

Abstract

La présente invention se rapporte à un carburant pour moteurs à combustion interne comprenant en volume ou en poids au moins 50% de glycérine et au moins un additif choisis parmi le groupe constitué par un correcteur de viscosité, un inhibiteur de corrosion et/ou un lubrifiant et leurs mélanges, à l'exception des hydrocarbures.

Description

Carburant à base de glycérine
Objet de l'invention
[0001] La présente invention concerne un carburant pour moteur à combustion interne comprenant essentiellement de la glycérine, et un moteur adapté pour utiliser ledit carburant de l'invention.
Etat de la technique
[0002] Parmi les carburants les plus utilisés dans les moteurs thermiques, ou moteurs à explosion, l'on trouve l'essence, le diesel, le GPL et le kérosène. Ce sont tous des produits d'origine fossile, obtenus à partir du pétrole.
[0003] L'essence est un mélange complexe comprenant des composés hydrocarbonés de 4 à 12 atomes de carbone ; il s'agit de la phase légère du pétrole brut, mais elle peut également être obtenue par craquage d'éléments plus lourd. Le Diesel comprend des composés hydrocarbonés de 12 à 15 atomes de carbone et est obtenu par distillation fractionnée entre 200 et 3500C du pétrole brut. Le kérosène, quant à lui, est également obtenu par distillation fractionnée du pétrole brut entre 1500C et 275°C. Le GPL, ou gaz de pétrole liquéfié, est un mélange d'hydrocarbures légers, de 2 à 4 atomes de carbone. Il est issu du raffinage du pétrole et plus généralement du traitement du gaz naturel.
[0004] De part leur origine fossile, les hydrocarbures sont une ressource limitée et non renouvelable, et du fait de l'incessante augmentation des besoins, des alternatives ont dû être développées, citons par exemple les biocarburants, les piles à combustibles, les cellules photovoltaïques, l'énergie éolien, hydraulique, ou géothermique.
[0005] On désigne généralement par « biocarburants » des carburants comprenant un ou plusieurs composés d'origine naturelle. [0006] II peut s'agir, par exemple, de biogaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène. Le biogaz contient essentiellement du méthane, généralement de 50 à 70%, mais également du butane et du propane. Le biogaz peut être utilisé comme carburant pour véhicules GNV ou bien dans un moteur à gaz ou une petite turbine pour produire de l'électricité.
[0007] II peut s'agir, par exemple, de bioéthanol, qui est produit par la fermentation de sucres fermentescibles, comme par exemple le glucose ou le saccharose, des sucres qui sont compris dans de nombreuses sources naturelles, en particulier à partir de canne à sucre, de betteraves, de blé, de maïs, de pomme de terre, mais également d'herbe ou encore de bois. Le bioéthanol peut être utilisé pur ou mélangé à de l'essence. [0008] II peut également s'agir de biodiesel, encore appelé biogazole, qui est obtenu à partir d'huile végétale, ou animale, par trans- estérification, c'est-à-dire par la réaction des acides gras de l'huile avec un alcool, généralement du méthanol ou de l'éthanol, pour produire des esters méthyliques ou éthyléniques. Le biodiesel peut être utilisé seul ou mélangé à du diesel d'origine fossile. [0009] La production de biodiesel conduit à la fabrication d'un sous- produit, la glycérine, encore appelé glycérol, selon la réaction suivante : Huile + Méthanol -> Glycérine + biodiesel. Pour 100 kg d'huile, il faut ajouter 10kg de méthanol afin de produire 100kg de biodiésel, mais l'on produit également 10kg de glycérine. Généralement, cette glycérine contient des impuretés, de l'eau (jusqu'à 15%), de l'alcool, des acides gras libres et des sels minéraux. [0010] L'épuisement des ressources de pétrole entraine un développement rapide et massif du biodiesel, ce qui entraine la production simultanée d'une quantité proportionnelle de glycérine.
[0011] La glycérine ainsi produite doit être valorisée de différentes manières. Elle peut être utilisée dans le domaine pharmaceutique pour améliorer l'onctuosité et la lubrification des médicaments, dans le domaine de la cosmétique où elle est utilisée comme agent hydratant, ou comme solvant ou lubrifiant dans les dentifrices ou crèmes hydratantes, mais également dans le domaine de l'alimentation, où elle est utilisée pour son goût sucré, ou comme additif pour produits surgelés, mais aussi comme rétenteur d'humidité ou bien comme solvant (E422). La glycérine est également utilisée comme plastifiant et lubrifiant dans la fabrication du papier, et peut entrer dans la composition de certains fluides antigel. [0012] La production massive de glycérine risque à terme de saturer les voies de valorisation déjà existantes et devenir un déchet. C'est pourquoi de nouvelles utilisations de la glycérine doivent être envisagées. [0013] A titre d'exemple, la glycérine est utilisée dans la production d'épichlorhydrine, un composé de la famille des époxydes, qui sert d'intermédiaire dans la production de résines époxy qui connaissent de nombreuses applications dans les secteurs de la construction automobile, nautique, immobilière, les équipements de loisir et la purification de l'eau. [0014] Dans le domaine des carburants pour moteur à explosion, l'utilisation de la glycérine comme carburant pour des moteurs existants est inadaptée car la glycérine n'est pas miscible avec les hydrocarbures et sa viscosité est incompatible avec les moteurs actuels, à moins de la rendre soluble dans des hydrocarbures existants.
[0015] C'est ainsi que, chimiquement modifiée, la glycérine est proposée comme carburant sous la forme d'acétals (comme décrit dans FR2866654), sous la forme d'éthers, (comme décrit dans FR2866653), ou sous la forme d'esters, (comme décrit dans le document DE3335688). [0016] La glycérine peut également être utilisée comme additif pour carburant sous une forme non-modifiée (comme décrit dans les demandes de brevet US2003221360, WO02/38709, WO2004/055134), mais plus généralement elle est utilisée sous la forme d'esters comme décrit dans les demandes de brevet WO99/33938, WO00/34418, WO02/079353 et WO2006/086936).
[0017] Néanmoins, certains fabricants de moteur diesel recommandent de limiter au maximum la proportion de glycérine dans le produit fini, à savoir un carburant directement utilisable. Ainsi, la société Caterpillar, dans ces recommandations pour les moteurs diesel qu'elle fabrique, en particulier pour des moteurs de la série 3500, recommande que la part de glycérine dans un carburant de type biodiesel ne dépasse pas 0,02% en poids. De même, différentes normes nationales sur le biodiesel préconisent un pourcentage en poids de glycérine inférieur à 0,02% dans le biodiesel, c'est le cas par exemple de la norme autrichienne (ONC1191 ), tchèque (CSN656507), française (JO sept 97), allemande (DIN V51606(, suédoise (SS155436(, américaine (ASTM D-6751 ), australienne (FuelStandard Sept 2003) et européennes (EN 14214) ; Seul l'Italie (dans sa norme UNI10635) préconise un pourcentage en poids de glycérine inférieur à 0,05%. Ainsi donc, il est généralement admis que la présence de glycérine dans un carburant pour moteur à combustion n'est pas souhaitée. [0018] L'utilisation de la glycérine dans le domaine des carburants pour moteur à explosion présente de nombreux inconvénients. Pour un usage en tant que carburant, la glycérine doit être chimiquement modifiée et doit être incorporée dans des hydrocarbures existant, ce qui ne permet pas de réduire la quantité de carburants fossiles consommée. Mais, ces utilisations sont très marginales et la glycérine (modifiée ou non) est employée dans de faibles proportions dans le carburant final ce qui ne permet pas d'absorber la production massive de glycérine due à l'augmentation de la production de biodiésel.
Buts de l'invention
[0019] La présente invention propose un carburant pour moteur à combustion interne qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique.
[0020] Elle vise en particulier à fournir un carburant d'origine renouvelable et peu coûteux, qui participe à économiser le carburant d'origine fossile et qui permet de récupérer un sous produit qui est considéré à ce jour comme un déchet.
Résumé de l'invention [0021] La présente invention concerne un carburant, de préférence liquide, pour moteurs à combustion interne comprenant en volume ou en poids au moins 50% de glycérine. Ce pourcentage est calculé par rapport au pourcentage total en volume ou en poids d'un carburant représentant 100%. [0022] Le terme « moteur à combustion interne » désigne tout moteur utilisé pour la propulsion de véhicules de transport, par exemple des avions, des automobiles, motos, camions ou bateaux, mais également utilisé pour des outils mobiles, par exemple une tronçonneuse, une tondeuse à gazon, ainsi que pour des installations fixes, par exemple des groupes électrogènes, des systèmes de cogénération et trigénération ou des groupes de pompages. [0023] La composition selon l'invention comprend en outre au moins un additif choisi parmi le groupe constitué par un correcteur de viscosité, un inhibiteur de corrosion et/ou un lubrifiant, et leurs mélanges, de préférence à l'exception des hydrocarbures.
[0024] Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la glycérine représente en volume ou en poids au moins 85% du volume ou poids total du carburant. [0025] De préférence, le pourcentage en volume ou en poids de l'additif varie entre environ 0,01 % et environ 50% du volume total du carburant, de préférence entre environ 0,5% et environ 15%, et avantageusement entre environ 0,5% et environ 3% du volume ou du poids total du carburant. [0026] De préférence, le pourcentage en volume ou en poids de l'additif correcteur de viscosité varie entre environ 2% et environ 8% du volume ou du poids total du carburant.
[0027] L'additif correcteur de viscosité est choisi parmi le groupe constitué par de l'eau, un alcool, une aminé, un amide, un hétérocycle aromatique, ou un mélange d'entre eux. De préférence, il est choisit parmi le groupe constitué par de l'éthanol, du méthanol, du n-propanol, de l'isopropanol, du n-butanol, de l' isobutanol, du ter-butanol, un des isomères du pentanol, de I' éthylène glycol, du propylène glycol, du triméthylène glycol, du phénol, du crésol, du diéthylènetriamine, du diéthyl formamide, du diisopropylamine, du triéthylènetétramine, du méthylbenzylamine, du méthylbenzyldiéthanolamine, du Méthylbenzyléthanolamine, du 2-Méthyl-5-éthylpyhdine, du 2- Phényléthylamine, de I' Isopropanolamine, de la Pyridine, ou un mélange d'entre eux. [0028] Un autre aspect de la présente invention concerne l'utilisation du carburant de l'invention dans un moteur de type diesel, gaz ou essence.
[0029] Un dernier aspect de la présente invention concerne un moteur à combustion interne utilisant le carburant de l'invention, ledit moteur comprenant des injecteurs aptes à fonctionner au-delà de 500C, de préférence pour fonctionner entre environ 700C et environ 120°C.
[0030] En outre, le moteur comprend de manière avantageuse des moyens de préchauffage du carburant selon l'invention aptes à diminuer la viscosité dudit carburant pour permettre une injection de qualité, et éventuellement, des moyens de séchage dudit carburant. De préférence, ces moyens de séchage consistent en des moyens aptes à pulvériser ledit carburant et à balayer les microgouttes obtenues dudit carburant avec un contre courant d'air chaud, ou encore des moyens aptes à permettre un écoulement du carburant sur un support adapté et à balayer ledit support avec un coutre courant d'air chaud.
[0031] Avantageusement le moteur comprend en outre un filtre à carburant permettant une filtration efficace par une taille de filtration de l'ordre de 1 μm. De même, le moteur selon l'invention peut comporter des moyens d'injection d'air ou d'oxygène pur dans la chambre de combustion du moteur, et des moyens de bicarburation ou tri-carburation. Ces moyens de bicarburation ou tricarburation comprennent au moins deux séries d'injecteurs, une première série d'injecteurs distribuant le carburant de l'invention et une seconde série d'injecteurs distribuant un carburant d'origine fossile ou naturelle, la troisième pouvant enrichir le mélange comburant avec un gaz ou une vapeur combustible. Avantageusement, ces séries d'injecteurs sont montées en parallèle.
[0032] De préférence, les moyens de bicarburation ou tricarburation sont adaptés à une utilisation successive ou simultanée du carburant selon l'invention et de gaz ou de vapeurs combustibles.
[0033] En outre, les moyens de bicarburation ou tricarburation peuvent comporter un réservoir additionnel pour un carburant d'origine fossile ou naturelle, un filtre à carburant pour ledit carburant d'origine fossile ou naturelle, ainsi que des moyens électriques, pneumatiques, électroniques et/ou manuels qui permettent une utilisation successive ou simultanée d'un carburant d'origine fossile ou naturelle et le carburant selon l'invention. [0034] La présente invention sera décrite de manière plus complète dans la partie ci-dessous à titre d'illustration non limitative de l'objet de l'invention.
Description détaillée de l'invention
[0035] II est généralement admis que, dans les carburants pour moteurs à combustion interne, qu'ils soient d'origine fossile ou d'origine naturelle, la présence de glycérine doit être réduite car elle peut nuire au bon fonctionnement du moteur. En effet, par exemple, par temps froid, la glycérine réduit la fluidité du carburant dans le système d'admission et peut ainsi boucher les filtres des moteurs. [0036] L'originalité de la présente invention réside dans l'utilisation de glycérine non modifiée comme carburant pour un moteur diesel, essence ou à gaz, de préférence sans addition d'un hydrocarbure ou mélange d'hydrocarbures.
[0037] Le carburant selon l'invention comprenant essentiellement de la glycérine. Le terme « essentiellement » signifie que le composé majoritaire de la composition du carburant de l'invention est de la glycérine.
[0038] De préférence, la composition comprend en volume ou en poids au moins 50% de glycérine, avantageusement entre environ 85% et environ 99.99%. De préférence entre environ 95% et environ 99,99%, plus particulièrement entre environ 98% et environ 99,5% de préférence 99% de glycérine.
[0039] Dans une forme de réalisation particulière, le carburant comprend 100% de glycérine.
[0040] Le carburant selon l'invention se trouve sous une forme liquide. C'est un carburant dit « bio », c'est-à-dire sans composants d'origine fossile.
[0041] Le carburant selon l'invention peut comprendre en outre un additif dont la part ne dépasse pas 50% du volume total ou poids total de la composition du carburant selon l'invention. Le dit additif est de préférence choisi parmi le groupe constitué par les correcteurs de viscosité, les inhibiteurs de corrosion, et/ou un lubrifiant, et leurs mélanges.
[0042] Pour pouvoir être utilisée dans un moteur classique, la glycérine doit avoir une viscosité adéquate et acceptable pour les pompes et injecteurs d'un moteur standard, à savoir des éléments standards utilisés actuellement sur des moteurs. Néanmoins, des conduites, pompes et injecteurs spécialement adaptés peuvent être développés et fabriqués afin de tenir compte des caractéristiques viscoélastiques et lubrifiantes de la glycérine. [0043] Une solution consiste à utiliser un additif qui réduit la viscosité de la glycérine. De préférence, cet additif représente entre environ 0,01 % et environ 50% du volume total ou poids total du carburant, de préférence entre environ 0,01 % et environ 15%, de préférence entre environ 0,1 % et environ 5%, de préférence entre environ 0,5% ou 1 % et environ 3% du volume total ou poids total de la composition selon l'invention.
[0044] De préférence, l'additif correcteur de viscosité est un élément miscible avec la glycérine. Il peut s'agir de tout composé pouvant servir à diluer la glycérine tout en réduisant sa viscosité. De préférence, il s'agit d'eau, d'un alcool, d'une aminé, d'un amide ou d'un hétérocycle aromatique, et le mélange d'un ou plusieurs de ces composés. Avantageusement, il s'agit d'éthanol, de méthanol, de n-propanol, de l'isopropanol, de n-butanol, de l'isobutanol, de ter- butanol, un des isomères du pentanol, de l'éthylène glycol, de propylène glycol, de triméthylène glycol, de phénol, de crésol, de diéthylènethamine, de diéthyl- formamide, de di-isopropylamine, de théthylènetétramine, de méthylbenzylamine, de méthylbenzyldiéthanolamine, de méthylbenzyléthanolamine, de 2-Méthyl-5-éthylpyridine, de 2- Phényléthylamine, d' isopropanolamine, de pyridine, ou de leurs mélanges. [0045] En particulier, la présence d'eau, qui peut représenter jusqu'à 15 % en volume d'une glycérine directement issue de la production de biodiesel, permet de réduire fortement sa viscosité. Avec seulement 3% d'eau en volume, on obtient une réduction de viscosité de près de 46%. Certes l'eau diminue la viscosité de la glycérine, mais elle ne contribue pas à augmenter le Pouvoir Calorifique Inférieur, ou PCI, de la glycérine. Ainsi, il est avantageux d'utiliser pour réduire la viscosité de la glycérine, un alcool, une aminé, un amide, un hétérocycle aromatique, ou un mélange de ces composés, ou un mélange de ces composés avec de l'eau.
[0046] Selon une première forme de réalisation, le carburant contient en volume ou en poids environ 1 à environ 2% d'eau et environ 1 à environ 10 % d'alcool.
[0047] Selon une deuxième forme de réalisation, le carburant contient en volume ou en poids moins d'un pourcent d'eau et moins de 14% d'un alcool, d'une aminé, d'un amide, d'un hétérocycle aromatique, ou d'un mélange de ces composés.
[0048] La diminution de la viscosité de la glycérine peut également être obtenue en chauffant la glycérine à une température suffisamment élevée pour l'amener à une viscosité acceptable pour les pompes et injecteurs du moteur, de préférence à une température se situant entre environ 70 et environ 1200C. De préférence, les injecteurs du moteur à glycérine sont fabriqués en tout matériau adéquat et résistant aux hautes pressions et aux hautes températures de fonctionnement du moteur.
[0049] La présence d'eau, qui peut aller jusqu'à 15% en volume pour une glycérine issue de la production de biodiesel, peut s'avérer, à de fortes proportions, préjudiciable aux performances d'un moteur à combustion, c'est pourquoi, il est avantageux d'utiliser l'énergie perdue du moteur pour sécher la glycérine. En effet, le mélange glycérine/eau peut être séché via des techniques classiques de la chimie industrielle. La technique la plus simple consiste à placer un filtre capteur d'humidité sur le circuit de distribution du carburant. Une autre technique consiste à pulvériser le mélange et balayer les microgouttes ainsi obtenues dans un contre courant d'air chaud, ou encore à utiliser un ruissellement de glycérine sur un support adapté et sécher la glycérine par contre courant d'air chaud. Dans un moteur à combustion classique, la chaleur résiduelle est systématiquement évacuée par de l'air ambiant. Or, cette chaleur résiduelle peut être utilisée pour créer un flux d'air de 35 à 400C qui, introduit dans une colonne de pulvérisation à contre courant, peut sécher la glycérine à plus de 98% ou 99%. Lorsque la température extérieure baisse, en hiver par exemple, un surplus de chaleur peut être apporté en provenance du dispositif de refroidissement du moteur ou par utilisation des gaz d'échappements.
[0050] Le séchage de la glycérine contribue également à la précipitation d'impuretés, notamment des sels. Ces impuretés peuvent être retenues par tout filtre adéquat, de préférence, des filtres dont la taille de filtration est de 1 μm, c'est-à-dire, dont la taille des pores est de 1 μm. [0051] A puissance et excès d'air équivalents, la combustion de la glycérine demande moins d'air, près de 10% de moins, que celle du fioul par exemple, c'est pourquoi, la quantité d'air admise fournira une température inférieure à la compression, avec pour effet une moins bonne combustion. De plus, pour autant que la combustion de la glycérine soit correcte, la quantité de gaz d'échappement est moindre, ce qui augmente la température des gaz d'échappement et diminue le rendement du turbocompresseur. Pour pallier ces effets, un excès d'air, ou de l'air comprimé, ou de l'oxygène pur, en plus de l'air de combustion, est injecté dans les chambres de combustion du moteur pour s'assurer que la quantité de gaz à comprimer garantisse une combustion optimale.
[0052] Comme la température d'auto-inflammation de la glycérine est de 3700C, soit 1600C de plus que celle du fioul classique (210°C) et 600C de plus que celui d'une huile végétale, il est important de garantir que la température atteinte lors de la compression permette l'inflammation de la glycérine. C'est pourquoi, la température de compression peut-être augmentée en augmentant le taux de compression. Le taux de compression peut être modifié mécaniquement en ayant une plus grande course du piston, ou par l'augmentation de la pression de l'air de combustion à l'entrée.
[0053] Un moteur utilisant de la glycérine comme carburant peut en outre comporter des moyens de bi- ou tricarburation. Ces moyens de bi- ou tricarburation permettent de faire fonctionner le moteur soit en utilisant un carburant classique sous forme liquide ou de vapeur ou du gaz, soit en utilisant le carburant selon l'invention, soit les deux simultanément en proportion variable.
[0054] De préférence, le moteur comprend des moyens de préchauffage du carburant selon l'invention, afin de réduire la viscosité du carburant, de sorte que la chambre de combustion permette immédiatement la combustion, et afin de permettre au moteur de démarrer en « mode glycérine », le système de démarrage étant tout système adéquate à un tel démarrage. [0055] Les moyens de bi- ou tricarburation peuvent en outre permettre de démarrer, ou arrêter, le moteur avec un carburant classique, puis de faire passer le moteur en « mode glycérine ». La glycérine, non modifiée chimiquement, étant insoluble avec le diesel, le biodiesel ou avec les huiles végétales par exemple, des injecteurs sont ajoutés, et de préférence, montés en parallèle au sein des pistons. Ainsi, les chambres de combustion du moteur comprennent une première série d'injecteurs distribuant le carburant selon l'invention, une seconde série d'injecteurs distribuant un carburant classique, d'origine fossile ou naturelle, et éventuellement une troisième série d'injecteurs pouvant enrichir le mélange comburant avec un gaz ou une vapeur combustible. [0056] Ces moyens de bi- ou tricarburation permettent d'utiliser successivement, ou simultanément, un carburant classique (d'origine fossile ou naturelle) et le carburant selon l'invention, sans que les carburants ne se mélangent en phase liquide. Néanmoins en phase gazeuse ou « semi gazeuse », à savoir dans un brouillard de liquides, un mélange glycérine/hydrocarbure est possible car, en phase gazeuse, la glycérine est miscible au carburant classique, qu'il s'agisse par exemple de diesel ou d'huiles végétales.
[0057] Dans une forme de réalisation particulière, ces moyens de bi- ou tricarburation sont adaptés à l'utilisation de la glycérine et du gaz, gaz naturel ou gaz propane par exemple, mais également tout autre composé ayant une pression de vapeur suffisante.
[0058] Les moyens de bi- tricarburation peuvent comprendre en outre, ou consister en, un réservoir additionnel comprenant le carburant classique, un filtre à carburant dédié à ce carburant, ainsi que des moyens électriques, pneumatiques, électroniques et/ou manuels pour utiliser successivement le carburant classique et le carburant selon l'invention. Ces moyens électriques, pneumatiques, électroniques et/ou manuels sont, par exemple, des vannes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un carburant pour moteurs à combustion interne comprenant en volume ou en poids au moins 50% de glycérine et au moins un additif choisis parmi le groupe constitué par un correcteur de viscosité, un inhibiteur de corrosion et/ou un lubrifiant et leurs mélanges, à l'exception des hydrocarbures.
2. Le carburant selon la revendication 1 dans lequel la glycérine représente en volume ou en poids au moins 85% du volume ou poids total du carburant.
3. Le carburant selon la revendication 1 dans lequel le pourcentage en volume ou en poids de l'additif varie entre 0,01 % et 50% du volume ou poids total du carburant.
4 . Le carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le pourcentage en volume ou en poids de l'additif varie entre 0,5% et 15% du volume ou du poids total du carburant.
5. Le carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le pourcentage en volume ou en poids de l'additif varie entre 0,5% et 3% du volume ou du poids total du carburant.
6. Le carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel le pourcentage en volume ou en poids de l'additif correcteur de viscosité varie entre 2% et 8% du volume ou du poids total du carburant.
7 . Le carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'additif correcteur de viscosité est choisi parmi le groupe constitué par de l'eau, un alcool, une aminé, un amide, un hétérocycle aromatique ou un mélange d'entre eux.
8. Le carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'additif correcteur de viscosité est choisi parmi le groupe constitué par de l'éthanol, du méthanol, du n-propanol, de l'isopropanol, du n-butanol, de l' isobutanol, du ter-butanol, un des isomères du pentanol, de I' éthylène glycol, du propylène glycol, du triméthylène glycol, du phénol, du crésol, du diéthylènethamine, du diéthyl formamide, du diisopropylamine, du triéthylènetétramine, du méthylbenzylannine, du méthylbenzyldiéthanolamine, du Méthylbenzyléthanolamine, du 2-Méthyl-5-éthylpyridine, du 2- Phényléthylamine, de I' Isopropanolamine, de la Pyridine, ou un mélange d'entre eux.
9. Utilisation du carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans un moteur de type diesel ou gaz ou essence.
10. Un moteur à combustion interne utilisant le carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend des injecteurs aptes à fonctionner au-delà de 500C.
11. Le moteur à combustion interne selon la revendication 9 dans lequel les injecteurs sont aptes à fonctionner entre 70 et 1200C.
12. Le moteur selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 comprenant en outre des moyens de préchauffage du carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lesdits moyens étant aptes à diminuer la viscosité dudit carburant pour permettre une injection de qualité.
13. Le moteur selon la revendication 12 comprenant en outre des moyens de séchage du carburant.
14 . Le moteur selon la revendication 13 dans lequel les moyens de séchage du carburant pulvérisent ledit carburant et balayent des microgouttes obtenues dudit carburant avec un contre courant d'air chaud.
15. Le moteur selon la revendication 13 dans lequel les moyens de séchage du carburant permettent un écoulement dudit carburant sur un support adapté et balayent ledit support avec un coutre courant d'air chaud.
16. Le moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 comprenant en outre un filtre à carburant dont la taille de filtration est de l'ordre de 1 μm.
17 . Le moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 16 comprenant en outre des moyens d'injection d'air ou d'oxygène pur dans la chambre de combustion dudit moteur.
18. Le moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 17 comprenant en outre des moyens de bicarburation ou de tricarburation.
19. Le moteur selon la revendication 18 dans lequel les moyens de bicarburation ou tricarburation comprennent au moins deux séries d'injecteurs, une première série d'injecteurs distribuant le carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et une seconde série d'injecteurs distribuant un carburant d'origine fossile ou naturelle.
20. Le moteur selon la revendication 19 comprenant en outre une troisième série distribuant un gaz ou une vapeur combustible.
21. Le moteur selon les revendications 19 ou 20 dans lequel les séries d'injecteurs sont montés en parallèle.
22. Le moteur selon l'une quelconque des revendications
18 à 21 dans lequel les moyens de bicarburation ou tricarburation sont adaptés à une utilisation successive ou simultanée du carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et de gaz ou de vapeurs combustibles.
23. Le moteur selon l'une quelconque des revendications 18 à 22 dans lequel les moyens de bicarburation ou tricarburation comprennent en outre un réservoir additionnel pour un carburant d'origine fossile ou naturelle, un filtre à carburant pour ledit carburant d'origine fossile ou naturelle, et des moyens électriques, pneumatiques, électroniques et/ou manuels qui permettent une utilisation successive ou simultanée d'un carburant d'origine fossile ou naturelle et le carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 8.
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