WO2024069096A1 - Composition de carburant ou de combustible a base d'ammoniac comprenant un additif nitrate d'alkyle particulier - Google Patents

Composition de carburant ou de combustible a base d'ammoniac comprenant un additif nitrate d'alkyle particulier Download PDF

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WO2024069096A1
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composition
mass
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ammonia
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Nicolas Obrecht
Cyrille CALLU
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Totalenergies Onetech
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    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components

Definitions

  • TITLE Ammonia-based fuel or fuel composition comprising a particular alkyl nitrate additive
  • the present invention relates to a fuel composition based on ammonia (NH3) comprising a particular additive from the alkyl nitrate family.
  • NH3 ammonia
  • the invention also relates to the use of such a composition as fuel or as fuel intended to power a system for producing energy by combustion such as a heat engine or a boiler.
  • ammonia is considered an interesting solution, particularly for the transport sectors (notably maritime transport) and electricity production in gas turbines.
  • Ammonia has multiple advantages, including but not limited to:
  • a solution proposed in the prior art consists of adding gaseous hydrogen to ammonia, either by direct addition (as described for example in the publication by Frigo S et al entitled “Further Insight into the Possibility to Fuel a SI Engine with Ammonia plus Hydrogen”, SAE Technical Paper Series. SAE International 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA, United States, 2014 or the publication by Mprch CS et al entitled “Ammonia/hydrogen mixtures in an Si-engine: Engine performance and analysis of a proposed fuel system”, Fuel 201 1, 90 (2): 854—64), or by cracking a part of the ammonia into hydrogen as described for example in patent application US2017/348659.
  • Application WO 2021/030876 describes a fuel composition comprising a mixture of ammonia and an aqueous solution of sugar (in particular fructose, glucose or sucrose), which has better combustion properties.
  • sugar in particular fructose, glucose or sucrose
  • the present invention aims to remedy the problems described above, and in particular the problem of poor combustion performance of ammonia-based fuels.
  • the subject of the present invention is thus a fuel composition comprising ammonia and at least one additive chosen from iso-propyl nitrate and/or 2-ethyl-hexyl nitrate.
  • This composition has better reactivity, which improves its combustion performance.
  • the present invention makes it possible to very significantly reduce the self-ignition time of ammonia-based fuel compositions, which is a good indicator of the chemical reactivity of the fuel mixture during the combustion process.
  • the minimum inflammation energy level is also reduced substantially.
  • the flame speed is increased which allows combustion of good quality, controlled and without detonations.
  • the present invention does not require the use of significant quantities of the additive defined above, contents of the order of a tenth of a percent by mass already being effective.
  • the present invention also relates to the use of such a composition as fuel or as combustible in a device for producing energy by combustion such as in particular an internal combustion engine or a boiler.
  • the subject of the present invention is a method of producing energy comprising supplying a device for producing energy by combustion (such as in particular a gas engine). internal combustion or a boiler) by means of a composition according to the invention.
  • a device for producing energy by combustion such as in particular a gas engine. internal combustion or a boiler
  • CN compound or group denotes a compound or group containing N carbon atoms in its chemical structure.
  • composition according to the invention is based on ammonia, which is its main constituent.
  • ammonia we designate in a manner known per se the compound of chemical formula NH3. It is therefore anhydrous ammonia and not ammonia which, also known in itself, designates a liquid solution of ammonia whose formula is generally noted NH3.H2O, NH4OH, or even aqueous NH3.
  • anhydrous ammonia we mean that ammonia does not contain water in substantial amounts. However, the presence of low water content (less than 2% by mass) in ammonia is not excluded from the scope of the invention. Water may, for example, be present in small quantities to reduce the risk of corrosion of parts (particularly steel) in contact with the composition.
  • the water content of the composition according to the invention is less than 2% by mass, more preferably less than 1% by mass and better still less than 0.5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition according to the invention may comprise ammonia in the liquid state, in the gaseous state, or in these two states (in particular in the form of a liquid and gas equilibrium), depending on the temperature and pressure conditions. where she is located.
  • ammonia is in the liquid state. This form is preferred.
  • the ammonia is at least partly in the liquid state, and preferably completely in the liquid state.
  • the ammonia content of the composition is advantageously greater than or equal to 60% by mass, preferably greater than or equal to 70% by mass, more preferably greater than or equal to 80% by mass, even more preferably greater than or equal to 90% by mass. mass and better still greater than or equal to 94% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition comprises at least one additive chosen from iso-propyl nitrate and/or 2-ethyl-hexyl nitrate.
  • 2-ethyl-hexyl nitrate is preferred.
  • the total content of isopropyl nitrate and/or 2-ethylhexyl nitrate of the composition according to the invention is advantageously included in the range going from 0.01% (100 ppm) to 8% by mass, from preferably from 0.02% (200 ppm) to 7% by weight, more preferably from 0.05% (500 ppm) to 5.5% by weight, and better still from 0.1% to 5% by weight, for example relative to the total mass of the composition.
  • the total content of iso-propyl nitrate and/or 2-ethyl-hexyl nitrate of the composition according to the invention can be between 0.1% and 6% by mass, in particular between 0.5 and 5.9% by mass.
  • the 2-ethyl-hexyl nitrate content of the composition is in the range going from 0.01% (100 ppm) to 8% by mass, preferably 0.02% (200 ppm). ppm) to 7% by mass, more preferably from 0.05% (500 ppm) to 5.5% in mass, and better still from 0.1% to 5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the iso-propyl nitrate content of the composition is in the range going from 0.01% to 8% by mass, preferably from 0.02% to 7% by mass, more preferably from 0.1% to 6% by mass, and better still from 0.5% to 5.9% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition according to the invention may further comprise any additional compound, for example other bases, hydrocarbon-based or not, different from ammonia and/or other additives different from iso-propyl nitrate and nitrate of 2 -ethyl-hexyl.
  • additional compound for example other bases, hydrocarbon-based or not, different from ammonia and/or other additives different from iso-propyl nitrate and nitrate of 2 -ethyl-hexyl.
  • composition according to the invention can be prepared by simply mixing these ingredients. It is stable in storage.
  • It can be prepared and stored in a tank for its later use, or prepared extemporaneously (that is to say immediately before its use), by mixing the ammonia and the additive(s) in the intake circuit. fuel or fuel into the combustion chamber.
  • composition according to the invention is useful as a fuel or as fuel to power any device used to produce energy by combustion.
  • the composition according to the invention is used as fuel to power an internal combustion engine.
  • the composition according to the invention is used as fuel to power a gas turbine.
  • a gas turbine also called a combustion turbine
  • a combustion turbine is a thermodynamic rotating machine from the family of internal combustion engines, and which can be used for propulsion purposes, electricity production, or as stationary motor (for example to drive pumps, compressors, etc.).
  • the composition according to the invention is used as fuel to power a piston engine.
  • the composition is useful for powering any known piston engine, including on-board engines and stationary engines.
  • the invention applies in particular to marine engines, heavy goods vehicles, construction machinery or agricultural machinery such as, for example, tractors, public transport vehicles (bus, train, etc.) and ' to light vehicle engines, as well as to engines used in stationary industrial applications.
  • the piston engine can be chosen in particular from compression ignition engines or diesel engines, spark ignition engines (including gasoline engines, CNG or natural gas engines for vehicles and hydrogen engines), carburetion engines. mixed (in English “dual fuel”).
  • the composition according to the invention is used to power a compression ignition engine or diesel engine, and more preferably a compression ignition engine with mixed carburetion (also commonly referred to as a “dual fuel” engine).
  • the fuel composition according to the invention feeds the engine in combination with another fuel different from it, such as for example hydrogen and/or a hydrocarbon fuel, preferably a hydrocarbon fuel.
  • the hydrocarbon fuel can be chosen from fuels of petroleum origin and in particular gas oils and more or less heavy fuel oils, biosourced fuels (in particular from biomass), and mixtures of these two types of fuels.
  • the hydrocarbon fuel is chosen from fuels based on heavy fuel oils (such as marine fuels), biosourced fuels and their mixtures.
  • the two fuels are injected in different proportions depending on the power requested from the engine.
  • the hydrocarbon fuel is advantageously injected into the engine to initiate combustion, by self-ignition of a mixture of air and a small quantity of diesel called pilot injection.
  • the fuel according to the invention is injected mixed with air to fuel combustion.
  • the mixed carburetion compression ignition engine is a marine engine (that is to say an engine fitted to a ship).
  • Mixed carburetion engines are typically powered in the prior art by combinations of fuels such as diesel/petrol, diesel/LPG, diesel/CNG, or even diesel/ethanol.
  • fuels such as diesel/petrol, diesel/LPG, diesel/CNG, or even diesel/ethanol.
  • the fueling of the mixed carburetion engine is carried out in particular by means of combinations such as heavy fuel oil/natural gas, heavy fuel oil/methanol, heavy fuel oil/ammonia.
  • the composition according to the invention is used as fuel to power an industrial boiler.
  • the first embodiment is preferred.
  • the composition according to the invention is used as fuel to power a mixed carburetion compression ignition engine (“dual fuel” engine) or a gas turbine (also called combustion turbine).
  • the method of producing energy according to the present invention comprises feeding a device for producing energy by combustion by means of a fuel composition as described above.
  • the energy production device can be chosen from any existing device, including without limitation internal combustion engines and industrial boilers as described above.
  • the energy production device is chosen from compression ignition engines and gas turbines (or combustion turbines).
  • the method according to the invention comprises supplying said energy production device by means of the composition according to the invention from a reservoir containing it.
  • the method according to the invention comprises:
  • the mixing step (1) can be carried out for example in the fuel intake circuit towards the combustion chamber, for example by injecting said additive into the flow of ammonia supplying the engine, upstream of the combustion chamber. .
  • the energy production device is a mixed carburetion compression ignition engine (or “dual fuel” engine).
  • the method according to the invention comprises feeding the compression ignition engine with the fuel composition according to the invention and with another fuel different from the latter, preferably a hydrocarbon fuel as described below. - Before.
  • the reactivity of a fuel composition can be characterized by its auto-ignition delay, which in this example was measured using a rapid compression machine.
  • the operating conditions of the rapid compression machine were adjusted so as to reach a temperature of 800K and 80 bar (8.10 6 Pa) at the start of combustion.
  • the richness of the different air-fuel mixtures is fixed to stoichiometry.
  • the auto-ignition delay is determined by the time between pressurization of the fuel in the combustion chamber and the start of combustion detected using a pressure sensor located in the chamber.
  • a to D Four fuel compositions denoted A to D were prepared from anhydrous ammonia (NH3) and 2-ethyl-hexyl nitrate (EHN).
  • the reference fuel noted R consists of ammonia, and fuels A to D according to the invention contain 2-ethyl-hexyl nitrate in different proportions.
  • the auto-ignition time in the rapid compression machine was determined.
  • Table 1 below describes the different compositions tested as well as the auto-ignition time obtained for each.
  • compositions A, B, C and D all provide very significant reductions in the auto-ignition time in comparison with the reference composition R.
  • the reactivity of a fuel composition can be characterized by the auto-ignition delay, which in the example described below was measured by means of a shock tube at different temperatures.
  • the operating conditions of the shock tube were adjusted so as to maintain a constant pressure of 2 bar (2.10 5 Pa) as well as a constant temperature during each measurement.
  • the richness of the different air-fuel mixtures is fixed to stoichiometry.
  • the auto-ignition delay is determined by the duration between the pressurization and temperature of the fuel after the passage of the shock wave reflected by the bottom of the tube, and the instant of production of the radical emission signal excited OH* measured using a detector set to a wavelength of 309nm.
  • a fuel composition denoted E according to the invention was prepared from anhydrous ammonia (NH3) and iso-propyl nitrate.
  • the reference fuel rated R consists of ammonia.
  • the auto-ignition time in the shock tube was determined.
  • Table 2 below describes the different compositions and conditions tested as well as the auto-ignition time obtained for each.
  • Composition E provides, in all temperature conditions tested, very significant reductions in the autoignition time in comparison with the reference composition R.

Abstract

La présente invention a pour objet une composition de carburant ou de combustible comprenant de l'ammoniac et au moins un additif choisi parmi le nitrate d'iso-propyle et /ou le nitrate de 2-éthyl-hexyle. Cette composition est utile pour alimenter tout dispositif servant à produire de l'énergie par combustion. L'invention a également pour objet une méthode de production d'énergie comprenant l'alimentation d'un dispositif de production d'énergie par combustion (tel que notamment un moteur à combustion interne ou une chaudière industrielle) au moyen d'une telle composition.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Composition de carburant ou de combustible à base d’ammoniac comprenant un additif nitrate d’alkyle particulier
La présente invention concerne une composition de carburant ou de combustible à base d’ ammoniac (NH3) comprenant un additif particulier de la famille des nitrates d’ alkyle. L’invention concerne également l’utilisation d’une telle composition comme carburant ou comme combustible destiné à alimenter un système de production d’ énergie par combustion tel qu’un moteur thermique ou une chaudière.
ETAT DE L'ART ANTERIEUR
Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre générées par la combustion de carburants à base d’hydrocarbures, la communauté internationale étudie l’utilisation de carburants alternatifs à faible émissions de dioxyde de carbone. Dans cette perspective, l’ ammoniac est considéré comme une solution intéressante notamment pour les secteurs des transports (notamment le transport maritime) et de la production d’ électricité dans les turbines à gaz.
L’ ammoniac présente de multiples avantages, incluant de manière non limitative :
- Il s’ agit d’un carburant entièrement décarboné qui peut être produit via différentes technologies, y compris à partir d’hydrogène d’ origine renouvelable ;
- Sa combustion ne génère pas d’ émissions de dioxyde de carbone CO2, de gaz soufrés (SOx), d’hydrocarbures imbrûlés, de particules ;
- Il peut être utilisé dans des moteurs et des dispositifs de chauffage existant, moyennant des adaptations mineures.
Toutefois, une difficulté importante rencontrée jusqu’ à présent réside dans les performances de combustion médiocres de l’ ammoniac lors de son utilisation dans les systèmes de combustion. En effet, les essais réalisés jusqu’ à présent en utilisant des mélanges d’ air et d’ ammoniac ont mis en évidence des vitesses de flamme faibles et une énergie minimale d’ inflammation importante. Ces phénomènes ont un impact négatif sur les systèmes de combustion utilisant l’ ammoniac comme carburant. Ils limitent l’ efficacité de la combustion et diminuent les plages d’ opérabilité des systèmes qu’ ils alimentent (par exemple dans le cas d’un moteur : limitation du régime moteur, limitation de la puissance développée) . Ils engendrent une augmentation de la consommation d’ énergie nécessaire pour initier la combustion, et génèrent des émissions indésirables d’ ammoniac et d’ oxyde d’ azote à l’ échappement.
Une solution proposée dans l’ art antérieur consiste à ajouter de l’hydrogène gazeux à l’ ammoniac, soit par ajout direct (comme décrit par exemple dans la publication de Frigo S et al intitulée «Further Insight into the Possibility to Fuel a SI Engine with Ammonia plus Hydrogen », SAE Technical Paper Series. SAE International 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA, United States, 2014 ou la publication de Mprch CS et al intitulée « Ammonia/hydrogen mixtures in an Si-engine: Engine performance and analysis of a proposed fuel system », Fuel 201 1 , 90 (2) : 854—64) , soit par craquage d’une partie de 1’ ammoniac en hydrogène comme décrit par exemple dans la demande de brevet US2017/348659.
L’ inconvénient de cette solution est qu’ elle nécessite soit l’utilisation d’une réserve importante d’hydrogène dans ou à proximité du système alimenté par l’ ammoniac, soit l’ installation coûteuse d’un système de craquage en ligne de l’ ammoniac.
D’ autres travaux ont proposé l’ ajout de méthane ou de diméthyle éther (DME) à l’ ammoniac, ou l’ ajout de fractions de carburant carbonés classiques tels que le gazole ou l’ essence. Toutefois, ces ajouts engendrent des émissions de CO2 issues de la dégradation des bases hydrocarbonées lors de la combustion.
La demande WO 2021/030876 décrit une composition de carburant comprenant un mélange d’ ammoniac et d’une solution aqueuse de sucre (notamment du fructose, du glucose ou du sucrose), qui présente de meilleures propriétés de combustion.
Toutefois, il est nécessaire d’ employer des sucres à des teneurs importantes, supérieures à 10% de la composition de carburant, pour obtenir des résultats satisfaisants. L’utilisation de telles compositions représente donc un coût relativement important, et augmente les émissions de CO2 issues de la dégradation des sucres lors de la combustion.
La présente invention vise à remédier aux problèmes décrits ci- avant, et notamment au problème des performances médiocres de combustion des carburants à base d’ ammoniac.
La Demanderesse a maintenant découvert que l’ ajout à l’ ammoniac d’un additif particulier permettait d’ atteindre ces objectifs.
La présente invention a ainsi pour objet une composition de carburant ou de combustible comprenant de l’ ammoniac et au moins un additif choisi parmi le nitrate d’iso-propyle et/ou le nitrate de 2-éthyl- hexyle.
Cette composition présente une meilleure réactivité, ce qui permet d’ améliorer ses performances de combustion.
En particulier, la présente invention permet de réduire de manière très importante le délai d’ auto-inflammation des compositions de carburant à base d’ ammoniac, qui est un bon indicateur de la réactivité chimique du mélange carburant lors du processus de combustion. Le niveau d’ énergie minimale d’ inflammation est également réduit de manière substantielle.
Avantageusement, la vitesse de flamme est augmentée ce qui permet une combustion de bonne qualité, contrôlée et sans détonations.
La présente invention ne nécessite pas d’utiliser des quantités importantes de l’ additif défini ci-avant, des teneurs de l’ ordre du dixième de pourcent en masse étant déjà efficaces.
De plus, la combustion de la composition selon l’ invention ne conduit pas à des émissions substantielles de CO2.
La présente invention a également pour objet l’utilisation d’une telle composition comme carburant ou comme combustible dans un dispositif de production d’ énergie par combustion tel que notamment un moteur à combustion interne ou une chaudière.
La présente invention a enfin pour objet une méthode de production d’ énergie comprenant l’ alimentation d’un dispositif de production d’ énergie par combustion (tel que notamment un moteur à combustion interne ou une chaudière) au moyen d’une composition selon l’ invention.
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 « 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 ou groupe en CN un composé ou un groupe contenant dans sa structure chimique N atomes de carbone.
DESCRIPTION DETAILLEE
La composition de carburant ou de combustible
La composition selon l’ invention est à base d’ ammoniac, qui est son principal constituant.
Par ammoniac, on désigne de manière connue en soi le composé de formule chimique NH3. Il s’ agit donc de l’ ammoniac anhydre et non pas de l’ ammoniaque qui de manière également connue en soi désigne une solution liquide d’ ammoniac dont la formule est généralement notée NH3.H2O, NH4OH, ou encore NH3 aqueux.
Par « ammoniac anhydre », on entend que l’ ammoniac ne comprend pas d’ eau en teneurs substantielles. Cependant, la présence d’ eau en faible teneur (inférieure à 2% en masse) dans l’ ammoniac n’ est pas exclue de la portée de l’invention. De l’eau peut être par exemple présente en faible quantité pour réduire les risques de corrosion des pièces (notamment d’ acier) en contact avec la composition.
De préférence, la teneur en eau de la composition selon l’ invention est inférieure à 2% en masse, plus préférentiellement inférieure à 1 % en masse et mieux encore inférieure à 0,5 % en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
La composition selon l’ invention peut comprendre de l’ ammoniac à l’ état liquide, à l’ état gazeux, ou sous ces deux états (notamment sous forme d’ un équilibre liquide et gaz), selon les conditions de température et de pression auxquelles elle se trouve. En particulier, à une pression supérieure à 10 bar à température ambiante ou à une température inférieure à -33 °C à pression ambiante, l’ ammoniac se trouve à l’ état liquide. Cette forme est préférée.
De préférence, l’ ammoniac est au moins en partie à l’ état liquide, et de préférence totalement à l’état liquide.
La teneur en ammoniac de la composition est avantageusement supérieure ou égale à 60% en masse, de préférence supérieure ou égale à 70% en masse, plus préférentiellement supérieure ou égale à 80% en masse, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 90% en masse et mieux encore supérieure ou égale à 94% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
L’ additif
La composition comprend au moins un additif choisi parmi le nitrate d’ iso-propyle et/ou le nitrate de 2-éthyl-hexyle.
Le nitrate de 2-éthyl-hexyle est préféré.
La teneur totale en nitrate d’ iso-propyle et/ou nitrate de 2-éthyl- hexyle de la composition selon l’ invention est avantageusement comprise dans la gamme allant de 0,01 % ( 100 ppm) à 8 % en masse, de préférence de 0,02% (200 ppm) à 7 % en masse, plus préférentiellement de 0,05 % (500 ppm) à 5,5% en masse, et mieux encore de 0, 1 % à 5% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
En particulier, la teneur totale en nitrate d’iso-propyle et/ou nitrate de 2-éthyl-hexyle de la composition selon l’invention peut être comprise entre 0, 1 % et 6% en masse, notamment entre 0,5 et 5,9% en masse.
Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en nitrate de 2- éthyl-hexyle de la composition est comprise dans la gamme allant de 0,01 % ( 100 ppm) à 8% en masse, de préférence de 0,02% (200 ppm) à 7% en masse, plus préférentiellement de 0,05 % (500 ppm) à 5,5 % en masse, et mieux encore de 0, 1 % à 5 % en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
Selon un autre mode de réalisation préféré, la teneur en nitrate d’ iso-propyle de la composition est comprise dans la gamme allant de 0,01 % à 8 % en masse, de préférence de 0,02% à 7 % en masse, plus préférentiellement de 0, 1 % à 6% en masse, et mieux encore de 0,5 % à 5,9% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
La composition selon l’ invention peut comprendre en outre tout composé additionnel, par exemple d’ autres bases, hydrocarbonées ou non, différentes de l’ ammoniac et/ou d’ autres additifs différents du nitrate d’iso-propyle et du nitrate de 2-éthyl-hexyle.
La composition selon l’ invention peut être préparée par simple mélange de ces ingrédients. Elle est stable au stockage.
Elle peut être préparée et stockée dans un réservoir en vue de son utilisation ultérieure, ou préparée extemporanément (c’ est-à-dire immédiatement avant son utilisation), par mélange de l’ ammoniac et du ou des additifs dans le circuit d’ admission du carburant ou du combustible dans la chambre de combustion.
L’utilisation
La composition selon l’invention est utile comme carburant ou comme combustible pour alimenter tout dispositif servant à produire de l’ énergie par combustion.
Selon un premier mode de réalisation, la composition selon l’ invention est utilisée comme carburant pour alimenter un moteur à combustion interne.
Dans ce mode de réalisation, selon une première variante avantageuse, la composition selon l’ invention est utilisée comme carburant pour alimenter une turbine à gaz.
De manière connue en soi, une turbine à gaz, également dénommée turbine à combustion, est une machine tournante thermodynamique de la famille des moteurs à combustion interne, et qui peut être employée à des fins de propulsion, de production d’ électricité, ou comme moteur stationnaire (par exemple pour entrainer des pompes, des compresseurs, ... ) . Selon une seconde variante également avantageuse, la composition selon l’ invention est utilisée comme carburant pour alimenter un moteur à pistons.
Dans cette variante, la composition est utile pour alimenter tout moteur à piston connu, incluant les moteurs embarqués et les moteurs stationnaires. L’invention s’ applique notamment tant à des moteurs marins, de poids lourds, d’ engins de chantiers ou d’ engins agricoles tels que par exemple des tracteurs, les véhicules de transport en commun (bus, train, ... ) qu’ à des moteurs de véhicules légers, ainsi qu’ à des moteurs employés dans des applications industrielles stationnaires.
Le moteur à piston peut être en particulier choisi parmi les moteurs à allumage par compression ou moteurs Diesel, les moteurs à allumage commandé (incluant les moteurs essence, les moteurs GNV ou gaz naturel pour véhicules et les moteurs à hydrogène), les moteurs à carburation mixte (en anglais « dual fuel ») .
De préférence, la composition selon l’invention est utilisée pour alimenter un moteur à allumage par compression ou moteur Diesel, et plus préférentiellement un moteur à allumage par compression à carburation mixte (également dénommé couramment moteur « dual fuel »). Dans cette utilisation, la composition de carburant selon l’ invention alimente le moteur en combinaison avec un autre carburant différent de celle-ci, tel que par exemple de l’hydrogène et/ou un carburant hydrocarboné, de préférence un carburant hydrocarboné. Le carburant hydrocarboné peut être choisi parmi les carburants d’ origine pétrolière et notamment les gazoles et les fiouls plus ou moins lourds, les carburants biosourcés (notamment issus de la biomasse), et les mélanges de ces deux types de carburants. Selon un mode de réalisation préféré, le carburant hydrocarboné est choisi parmi les carburants à base de fiouls lourds (tels que les carburants marins), les carburants biosourcés et leurs mélanges.
Les deux carburants sont injectés dans des proportions différentes en fonction de la puissance demandée au moteur. Le carburant hydrocarboné est avantageusement injecté dans le moteur pour initier la combustion, par auto-inflammation d’un mélange d’ air et d’une petite quantité de gazole appelée injection pilote. Le carburant selon l’ invention est injecté en mélange avec de l’ air pour alimenter la combustion.
De manière particulièrement préféré, le moteur à allumage par compression à carburation mixte est un moteur marin (c’ est-à-dire un moteur équipant un navire) .
Les moteurs à carburation mixte sont typiquement alimentés dans l’ art antérieur par des combinaisons de carburants de type gazole/essence, gazole/GPL, gazole/GNV, ou encore gazole/éthanol. Dans le cas d’un moteur marin, l’ alimentation du moteur à carburation mixte est notamment effectuée au moyen de combinaisons de type fioul lourd / gaz naturel, fioul lourd / méthanol, fioul lourd / ammoniac.
L’utilisation d’une combinaison de carburant hydrocarboné et de carburant selon l’invention permet de réduire de manière importante les émissions de CO2 ainsi que l’ encrassement du moteur, par rapport aux combinaisons de carburant de l’ art antérieur.
Dans le cas par exemple d’un moteur marin à carburation mixte alimenté par une combinaison de type fioul lourd / ammoniac, l’ amélioration de la réactivité du carburant à base d’ ammoniac permet de réduire la quantité d’ injection pilote du fioul lourd dans la chambre de combustion pour initier la combustion et ainsi réduire les émissions de CO2 liée à cette injection pilote.
Selon un second mode de réalisation, la composition selon l’ invention est utilisée comme carburant pour alimenter une chaudière industrielle.
Le premier mode de réalisation est préféré. De manière particulièrement préférée, la composition selon l’ invention est utilisée comme carburant pour alimenter un moteur à allumage par compression à carburation mixte (moteur « dual fuel ») ou une turbine à gaz (également dénommée turbine à combustion) .
La méthode
La méthode de production d’ énergie selon la présente invention comprend l’ alimentation d’un dispositif de production d’énergie par combustion au moyen d’une composition de carburant ou de combustible telle que décrite ci-avant. Le dispositif de production d’ énergie peut être choisi parmi tout dispositif existant, incluant de manière non limitative les moteurs à combustion interne et les chaudières industrielles tels que décrits ci- avant.
De préférence, le dispositif de production d’ énergie est choisi parmi les moteurs à allumage par compression et les turbines à gaz (ou turbines à combustion) .
Selon une première variante, la méthode selon l’invention comprend l’ alimentation dudit dispositif de production d’ énergie au moyen de la composition selon l’ invention à partir d’un réservoir la contenant.
Selon un second mode de réalisation, la méthode selon l’ invention comprend :
( 1 ) une étape de mélange d’ ammoniac et d’ au moins un additif choisi parmi le nitrate d’ iso-propyle et/ou le nitrate de 2-éthyl-hexyle; puis
(2) l’ injection du mélange issu de l’ étape ( 1 ) dans la chambre de combustion dudit dispositif de production d’ énergie.
L’ étape ( 1 ) de mélange peut être réalisée par exemple dans le circuit d’ admission du carburant vers la chambre de combustion, par exemple en injectant ledit aditif dans le flux d’ ammoniac alimentant le moteur, en amont de la chambre de combustion.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif de production d’énergie est un moteur à allumage par compression à carburation mixte (ou moteur « dual fuel ») . Dans ce mode de réalisation, la méthode selon l’invention comprend l’ alimentation du moteur à allumage par compression par la composition de carburant selon l’ invention et par un autre carburant différent de cette dernière, de préférence un carburant hydrocarboné tel que décrit ci- avant.
Les exemples ci-après sont donnés à titre d’ illustration de l’ invention, et ne sauraient être interprétés de manière à en limiter la portée.
EXEMPLES Exemple 1 : Nitrate de 2-éthyl-hexyle
La réactivité d’une composition de carburant peut être caractérisée par son délai d’ auto-inflammation, qui dans cet exemple a été mesuré au moyen d’une machine à compression rapide. Dans cet exemple, les conditions de fonctionnement de la machine à compression rapide ont été réglées de façon à atteindre une température de 800K et de 80 bar (8.106 Pa) au démarrage de la combustion. La richesse des différents mélanges air - carburant est fixée à la stœchiométrie. Le délai d’ auto-inflammation est déterminé par la durée entre la mise sous pression du carburant dans la chambre de combustion et le démarrage de la combustion détecté à l’ aide d’un capteur de pression situé dans la chambre.
Quatre compositions de carburant notées A à D ont été préparées à partir d’ ammoniac anhydre (NH3) et de nitrate de 2-éthyl-hexyle (EHN) . Le carburant de référence noté R est constitué d’ ammoniac, et les carburants A à D selon l’invention contiennent du nitrate de 2-éthyl- hexyle dans différentes proportions.
Pour chaque composition, le délai d’ auto-inflammation dans la machine à compression rapide a été déterminé.
Le tableau 1 ci-dessous décrit les différentes compositions testées ainsi que le délai d’ auto-inflammation obtenu pour chacune.
[Table 1 ]
Figure imgf000011_0001
Les compositions A, B, C et D procurent toutes des réductions très importantes du délai d’ auto-inflammation en comparaison avec la composition de référence R.
Exemple 2 : Nitrate d’iso-propyle
La réactivité d’une composition de carburant peut être caractérisée par le délai d’ auto-inflammation, qui dans l’ exemple décrit ci-dessous a été mesuré au moyen d’un tube à choc à différentes températures. Dans cet exemple, les conditions de fonctionnement du tube à choc ont été réglées de façon à maintenir une pression de pression constante de 2 bar (2.105 Pa) ainsi qu’une température constante durant chaque mesure. La richesse des différents mélanges air - carburant est fixée à la stœchiométrie. Le délai d’ auto-inflammation est déterminé par la durée entre la mise sous pression et température du carburant après le passage de l’ onde de choc réfléchie par le fond du tube, et l’instant de production du signal d’ émissions des radicaux excités OH* mesurés à l’ aide d’un détecteur réglé sur une longueur d’ onde de 309nm.
Une composition de carburant notée E selon l’ invention a été préparée à partir d’ ammoniac anhydre (NH3) et de nitrate d’ iso-propyle. Le carburant de référence noté R est constitué d’ ammoniac.
Pour chaque condition de température, et chaque composition, le délai d’ auto-inflammation dans le tube à choc a été déterminé.
Le tableau 2 ci-dessous décrit les différentes compositions et conditions testées ainsi que le délai d’ auto-inflammation obtenu pour chacune.
[Table 2]
Figure imgf000013_0001
La composition E procure dans toutes les conditions de températures testées des réductions très importantes du délai d’ autoinflammation en comparaison avec la composition de référence R.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de carburant ou de combustible comprenant de l’ ammoniac et au moins un additif choisi parmi le nitrate d’ iso-propyle et/ou le nitrate de 2-éthyl-hexyle.
2. Composition selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’ ammoniac est au moins en partie à l’ état liquide, et de préférence totalement à l’ état liquide.
3. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa teneur en ammoniac est supérieure ou égale à 60% en masse, de préférence supérieure ou égale à 70% en masse, plus préférentiellement supérieure ou égale à 80% en masse, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 90% en masse et mieux encore supérieure ou égale à 94% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
4. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’ elle contient du nitrate de 2-éthyl- hexyle.
5. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa teneur totale en nitrate d’ iso- propyle et/ou nitrate de 2-éthyl-hexyle est comprise dans la gamme allant de 0,01 % à 8% en masse, de préférence de 0,02% à 7 % en masse, plus préférentiellement de 0,05 % à 5,5 % en masse, et mieux encore de 0, 1 % à 5 % en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
6. Utilisation d’une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications précédentes comme carburant ou comme combustible dans un dispositif de production d’ énergie par combustion, de préférence choisi parmi un moteur à combustion interne et une chaudière, notamment une chaudière industrielle.
7. Utilisation selon la revendication précédente, comme carburant pour alimenter une turbine à gaz.
8. Utilisation selon la revendication 6, comme carburant pour alimenter un moteur à pistons, de préférence choisi parmi les moteurs à allumage par compression, les moteurs à allumage commandé et les moteurs à carburation mixte.
9. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur à pistons est un moteur à allumage par compression, de préférence un moteur à allumage par compression à carburation mixte.
10. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur à allumage par compression à carburation mixte est un moteur marin.
11. Utilisation selon l’une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que ladite composition de carburant alimente le moteur en combinaison avec un carburant hydrocarboné de préférence choisi parmi les carburants d’ origine pétrolière, les carburants biosourcés et les mélanges de ces deux types de carburants ; et plus préférentiellement choisi parmi les carburants à base de fiouls lourds, les carburants d’ origine biosourcés et leurs mélanges.
12. Méthode de production d’ énergie comprenant l’ alimentation d’un dispositif de production d’ énergie par combustion au moyen d’une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 5.
13. Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif de production d’ énergie est choisi parmi les moteurs à allumage par compression et les turbines à gaz.
14. Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce que dispositif de production d’ énergie est un moteur à allumage par compression à carburation mixte et en ce qu’ elle comprend l’ alimentation du moteur par ladite composition de carburant et par un autre carburant différent de cette dernière, de préférence un carburant hydrocarboné.
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