Brevet FR2411230A1 — publié le 19790706

La présente invention concerne un additif pour huile combustible pouvant être ajouté pour améliorer les propriétés de combustion à toutes les sortes d'huiles combustibles, que ce soit le fuel domestique ou les fuels lourds du type 1 ou du type 2. On a déjà proposé de nombreux additifs destinés à améliorer les propriétés de combustion des huiles combustibles, mais jusqu'à présent aucun n'a pu donner complète sa tisfaction. La présente invention a pour objet de mettre au point un additif, qui puisse améliorer les propriétés des huiles combustibles de type classique dans des proportions qui n'ont jamais été atteintes jusqu'ici et de favoriser la réduction de SO3 en SO2 limitant ainsi les risques de corrosion de la chaudière par le SO3 au moment du point de rosée et de formation d'acide sulfurique. A cet effet, la présente invention concerne un additif caractérisé en ce qti'il est constitue par un savon métallique dissous dans un solvant aliphatique et/ou aromatique de façon préférentielle le savon métallique utilisé sera l'oléate de magne- sium. Ce solvant aliphatique peut être de type quelconque. On peut par exemple-mentionner le white spirit, le pétrole ou le fuel. Cet additif en améliorant la combustion du fuel diminue la quantité dtimpuretés rejetées dans l'atmosphère De façon préférentielle, un tel additif comportera entre 10 et 40 et de préférence 20 et 30 o/o en poids d'oléate de magnésium. Avec cet additif, on obtiendra soit du fuel domestique qui renferme entre 2 à 6 %. en poids d'additif, soit du fuel lourd du type 1 ou 2 renfermant entre 5 et 100/oo en poids. Cette proportion d'additif peut convenir pour du fuel contenant 8 % de soufre. Les bons résultats obtenus par l'additif qui fait l'objet de la présente demande seront mentionnes plus en détail ci-dessous, par exemple qui décrit un essai destiné à étudier l'influence de l'additif décrit ci-dessus dosé à 2 %. sur la combustion d'un fuel lourd n 2 de type cou rant, dont la teneur en soufre est de 2 %. Cet essai a été effectué à l'aide de l'installation représentée sur la figu re re ci-jointe. L'installation utilisée disposait d'une cuve de stockage de 20 m3. Le fuel utilisé pour une expérience a été transvasé dans l'une ou l'autre des deux cuves de préparation d'un volume unitaire de 0,7 m3. Les échantillons destinés à l'analyse ont été prélevés.durant les expériences par soutirage sur les cuves de préparation en amont du brûleur. L'identification du fuel utilisé a été effectuée suivant les spécifications ci-dessous 1 - Pouvoir calorifique supérieur NF M 07 030 2 - Pouvoir calorifique inférieur PSI = PICS - 54 H 3 - Teneur en carbone et hydrogène par macrocombustion 4 - Teneur en soufre NF M 07 025 5 - Teneur en azote, Méthode de Kjehdahl 6 - Teneur en sodium NF M 97 038 7 - Teneur en vanadium NF M 07 027 8 - Teneur en asphaltènes NF T 60 115 9-- Point éclair NF T 60 103 10 - Résidu Conradson NF T 60 116 11 - Teneur en cendres NF M 07 o45 12 - Teneur en sédiments NF M 07 010 13 - Teneur en eau NF T 60 113 14 - Viscosité cinématique NF T 60 100 à 500C et température de ré chauffage 15 - Masse volumique à 150 C 16 - Distillation NF M 07 002. Les résultats des mesures sont exprimés dans le tableau figurant dans i'annexe 1. Selon la figure, l'installation utilisée comporte un générateur thermique 1 dont la puissance nominale, réglable, est comprise entre 700 et 2 000 th/h, Ce générateur est un tube-foyer réalisé suivant la norme NF E 31 302, d'un diamètre utile de 0,8 m, comportant une paroi mobile 2 refroidie et obturale qui permet d'ajuster la longueur 1 de la chambre de combustion 3 en fonction du brûleur 4 utilisé. A la sortie du tube-foyer 1, les produits de combustion traversent une première zone de prélèvement et de mesure 5, puis, un échangeur thermique à faisceau tubulaire 6, et sont ensuite refoulés dans une cheminée calorifugée 7. Ils sont alors expulses dans l'atmosphère. En amont de la sortis, on a aménagé une-cabine de mesures 8 équipée pour le prélèvement et le- contrôle des gaz de combustion. L'énergie fournie par le générateur t est absorbée par une circulation dteau glycolée représentée par la référence A commandée par une pompe de circulation 13 de 100 t/h et contrée par un débitmètre 15 qui travers en série un serpentin non représenté situé sur la paroi externe 9 du tubefoyer 1, ainsi que 1 t échangeur à faisceau tubulaire 6. Un refroidissement supplémentaire est prévu pour le dispositif obturateur 2 constituant le fond mobile 2 de la chambre de combustion 3. Un aéroréfrigérant 10 est placé sur une terrasse 11. D'une puissance nominale de 2 200 th/h, cet aéroréfrigérant t0 est fractionné en trois surfaces d'échange 101, 102, 103 du type tube aileté. Chaque surface 101, 102,. 103 est équipée d'un ventilateur axial 12 d'une puissance de 20 kw. Deux de ces ventilateurs sont à pas variable en marche, tandis que le troisième est à pas réglable à l'arrêt. La commande pneumatique de pas de ventilateur à paslvariable est asservie par un régulateur électronique de maintien du. point de consigne de la température de retour de l'eau gly- colée A à l'entrée du circuit refroidisseur du générateur. En outre, l'installation étant prévue principalement pour l'utilisation du fuel lourd comporte un système de réchauffage et de rinçage relativement complexe non représenté. Le stockage est effectué dans une cuve de 20 m3 calorifugée et maintenus en température par un échangeur thermique alimenté en eau chaude thermostatée. Un rechauffage électrique est également prévu à l'aspiration. Le fuel extrait de la cuve de stockage est distribué-dans deux cuves de 0,7 m3. Ces cuves sont utilisées pour la préparation des combustibles dopés. Elles comportent des chemises rechauffées par circulation d'eau chaude et un brassage par recirculation. Le fuel prélevé pour l'essai est conduit au brûleur 4 par des canalisations réchauffées et calorifugées. Le reglage de-température à l'entrée du brûleur est réalisé au moyen de réchauffeurs électriques non représentés stabilisés à t 1/20 C. L'ensemble des cuves de préparation et des canalisa tions reliant celles-ci au brûleur 4 peut etre néttoyé par rinçage au fuel domestique (cuve auxiliaire de 3 m3). Llen- semble du réchauffage primaire (jusqu'à une température de 900 C) est obtenu par une circulation d'eau chaude équipée d'une chaudière électrique de 40 kW. Le brûleur 4 est un brûleur automatique à pulvérisa- tions automatiques. I1 est-du type deux allures de marche avec allumage impératif sur la petite allure. Le débit maximum en fuel lourd est de 175 kg/h. Ce brûleur monobloc 4 dont le corps forme volute du ventilateur porte d'un coté le moteur d'entratnement et de l'autre la pompe. I1 est équipé d'un réchauffeur à 2 étages et d'un filtre haute pression. Le contrôle du brûleur est assuré par un coffret de régulation à.programme et une cellule photo électrique. Cet appareil permet, comme on le verra de façon plus détaillée ci-dessous, d'effectuer un certain nombre de mesures comparatives de la combustion du fuel sansadditif et de celui avec additif. Ces mesures sont effectuées aux endroits indiqués sur la figure et sont explicités dans le tableau qui figure à la page suivante. Tous les capteurs de température sont constitués de thermocouples nickel-chrome-nickel allié protégés par gaine métallique. La compensation de soudure froide est réalisée au moyen d'un appareillage automatique EAYE. Les mesures de pression différentielle (débit d'eau glycolée) sont effectuées au moyen dtun manomètre à colonne de mercure ( H 4 f 600 mm Hg). Les contrôles de pression dans le foyer 1 et dans la cheminée 7 sont réalisés avec des micromanomètre à colonne d'eau. La pression de fuel dans le circuit d'alimentation du brûleur 4 est déterminée au moyen d'un manomètre étalonné à membrane métallique. Les analyse de gaz sont effectuées en deux zones de prélèvement, à savoir une première zone 14 correspondant à la canalisation de raccordement entre le tube-foyer 3 et l'échangeur à tube de fumée 6 (température de l'ordre de 7000C), et une deuxième zone située au niveau de la terrasse 12 à quatre mètres de l'orifice d'avacuation des gaz dans l'atmosphère (température des fumées de l'ordre de 200 à 2800 C). Symbole Type de mesures et localisation #H Circuit d'eau glycolés Presion différentielle (diaphragme à prises de pression dans les angles) T0 Température de retour de l'aéroréfrigérant T1 Température entrée tube-foyer T2 à T8 Températures des calorimètres le long du tu be-foyer. T9 Température sortie du tube-foyer T10, T11 Température entrée, sortie échangeur Circuit de refroidissement du fond mobile T12 Température eau entrée diaphragme, pointeau T13, T14 Température eau sortie diaphragme, sortie pointeau P1 Pression dans le tube-foyer Ta Température air admis au brûleur TF1 Température gaz sorite tube-foyer TF2 Température gaz cheminée Circuit de fuel T15 Température fuel sortie réchauffeur P2 Pression de pulvérisation Les-moyens de mesure mis en ouvre sont les suivants Les teneurs en oxyde de carbone (CO) et anhydride carbonique (C02) sont mesurées par absorption infrarouge (analyseur Cosma). La-teneur-en oxygène (02) est déterminée par mesure de susceptibilité magnétique (analyseur Cosma). Les teneurs en oxyde d'azote (NOx) sont caractérisées par réaction de chimiluminescence de dioxyde d'azote et de l'ozone au moyen d'un analyseur thermo-électron 10 A NO/Nox (6 grammes de 2,5 à 104 ppm). La détermination pondérale des particules solides entraînées par les gaz de combustion a été effectuée au moyen d'un appareillage Fam conforme à la norme NF X 43 003. Les teneurs en anhydrides sulfureux et sulfurique (SO2S03) ont été déterminées par la méthode Shell (appareil Flam). En outre, l'indice de noicissement des fumées a été mesuré au moyen dtun appareil Eacharach (norme NF X 43 002). La station d'essai utilisée était équipée d'une centrale de mesures Hewlett-Packard, type 3050 E. Cette centrale-est susceptible de collecter les données, en assurer le traitement et permet la surveillance et le contrôle des essais du moyen d'un traceur de courbes regroupant les données caractéristiques (température le long des circuits de fumée et d'eau glycolée, contrôle de C2 et du C02, etc..). La totalité des données a été enregistrée sur bande magnétique ou sur imprimante, et, cette disposition permet d'en assurer le traitement ultérieur (rendement de combustion, débit de combustible, etc...). L'expérience elle-même a.été effectuée de la façon suivante Avant utilisation de l'additif, les surfaces d'échange du foyer 3 ont été ramonées. Cette opération a permis d'effectuer des mesures représentatives de la combustion en supprimant tout risque d'interaction avec les dépits formés au cours d'essais précédents. Bien entendu, les différentes mesures mentionnées dans le tableau ci-dessus ont été effectuées d'une part sur le combustible ne comportant pas d'additif, et d'autre part sur le combustible comportant cet additif afin de permettre des comparaisons. En cours d'expérience, les particules prélevées pour la détermination de l'indice pondéral ont été recueillies pour être analysées. La teneur en cendres des particules émises a été mesurée par combustion au four à 775 C jusqu'à masse constante. En fin d'expérience, des échantillons de suies et dépôts ont été prélevés dans le foyer 3. Leurs teneurs en carbone et hydrogène ont été mesurées par macrocombustion. Leur acidité a été déterminée de la façon suivante Une prise d'essai de l'échantillon considéré a été agitée avec 100 ml d'eau distillée. La solution obtenue a été filtrée et la courbe de neutralisation par la soude normale d'une fraction aliquote a été construite. Une deuxième extraction a été conduite de la même manière sur le résidu de la première extraction. Les valeurs d'acidité sont exprimées en milligrammes de potasse pour 1 gramme d'échantillon. L'indice pondéral a été évalué conformément à la norme NF X 43 003. La masse des particules solides entraînées par les gaz de combustion rapportée à la thermie, est calculée suivant la relation p (en g/th) = m 22,4 x C sur brut 12 x 1 p formule dans laquelle m est la masse-en g des particules recueillies, V le volume en m3 de gaz sec prélevé dans les conditions normales, n la teneur en gaz carbonique des gaz de combustion exprimée en Vo, C sur brut la teneur en carbone sur le combustible brut, et Ip le pouvoir calorifique infé- rieur du combustible en thermie par kilogramme. Les caractéristiques de la combustion neutre seront déterminées en fonction d'un certain nombre de paramètres qui sont définis ci-dessous - le premier de ces paramètres est le pouvoir com burivore V en m3 par kg : cest la quantité d'air nécessaire a et suffisante pour brûler I kg de combustible liquide, et, il peut entre déterminé par la formule suivante où C, H, S, 0 sont respectivement les teneurs en carbone, en hydrogène, en soufre et en oxygène du combustible. Pour le fuel dont les caractéristiques se trouvent en annexe 1, le pouvoir comburivore stexprime en m3 d'air par kilogramme de combustible. - un autre de ces paramètres est le pouvoir fumigène Vf(m3/kg) c'est la quantité de fumées dégagées par la combustion neutre d'un kg de combustible liquide ; il peut être représenté par la formule suivante formule dans laquelle N et E sont les teneurs en azote et en eau du combustible. Lorsque l'eau présente dans les fumées est condensée le pouvoir fumigène est exprimé sur fumées sèches par la for mule V' F = VF - 22,4 ( 8 + t en m3 de fumées sèches/kg de fuel L'excès d'air de la combustion est calculé à partir de la teneur en oxygène des fumées, O (exprimée en en volume) Le rendement de la combustion est calculé conformément à la norme NF D 35 385 par la formule formule dans laquelle P représente les pertes par chaleur s sensible des fumées, P1 les pertes par chaleur latente des fumées, Pci le pouvoir calorifique inférieur du combustible. Les résultats trouvés d'une part pour le fuel ne comportant pas d'additif, et d'autre part pour le fuel comportant l'additif sont récapitulés dans le tableau mentionné en annexe 2. Les teneurs en cendres des émissions exprimées en gramme pour cent grammes d'échantillon déterminées sur les échantillons prélevés à la sortie du foyer et à la sortie de l'échangeur sont reproduites ci-dessous Fuel non dopé Fuel dopé Sortie foyer 10,5 8,0 Sortie échangeur 9,0 9,5 Les résultats des analyses effectuées sur les dépats recueillis dans le foyer, après huit heures de fonctionnement continu de l'installation d'essais, -sont les suivants Fuel non dopé Fuel dopé Teneur en carbone (%) 47,5 53,1 Teneur en hydrogène (%) 2,7 1,9 Teneur en cendre (%) 20,4 14,7 Acidité (mg. de potasse 132 169 pour 1 g d'échantillon Pendant toute la durée des essais, certains paramètres de l'installation ont été maintenus constants - le débit de la boucle d'eau glycolée 104 400 kg/h - 900 kg/h à -900 C - la température de l'eau à entrée du tube-foyer comprise entre 85 et 90 % C ; - la longueur de la chambre de combustion 2,50 m - la pression dans la chambre de combustion 20 à 25 mm de colonne d'eau Les déterminations de l'indice et des teneurs en anhydrides sulfureux et suifurique ont été effectuées lorsque tous les paramètres de l'installation étaient stabilisés. Les.valeurs indiquées dans le tableau récapitulatif annexe 2 représentent la moyenne de trois mesures consé- cutives. -La lecture de ces résultats d'expériences qui ont été effectuées dans un cas spécialement défavorable (fuel lourd n 2 ne comportant que 2 Vo de soufre)montre les propriétés particulièrement intéressantes de l'additif qui fait l'objet de la présente demande de brevet, notamment en ce qui concerne les teneurs en S02 et S03 de gaz d'échappement ANNEXE N 1 ORIGINE : Fuel lourd n 2 de livraison courante Origine inconnue Pouvoir calorifique supérieur Kcal/kg 10370 inférieur Kcal/kg 9740 NF M 07 030 Point d'éclair NF T 60 103 C 160 Résidu Conradson NF T 60 116 % 7,7 Teneur en cendres NF M 07 045 % 0,032 Teneur en sédiments NF M 07 1ss1 % 0,016 Teneur en eau NF T 60 113 % 0,05 en masse Carbone % 85,4 Hydrogène % 11,7 Soufre NF M 07 027 % 2,0 Azote % 0,32 Viscosité cinématique NF T 60 100 est à 50 C (extrapolée) 320 à 100 C 24,9 à 130 C 14,7 à 150 C 9,49 NNEXE N " Tableau récapitulatif de résultats Influence du produit "ANTIPOL", dosé à 2/1000 sur la combustion d'un fuel lourd N 2 COMBUSTIBLE Fuel Lourd N 2| Fuel lourd de référence N 2 dopé Conditions d'essai - Date de l'essai 23.08.77 25.08.77 - Combustible : Fuel lourd N 2 Débit (Kg/h) 117 115 Pression de pulvérisation bars) 25 25 Température sortie ré chauffeur ( C) 134 à 136 134 à 136 - Air comburant Température ( C) 25,0 à 28,0 26,0 à 29,5 Excès d'air (%) 16,1 15,5 Emissions sortie foyer Température des gaz ( C) 701 à 720 713 à 727 CO2 (%) 13,2 13,4 CO (%) 0,0100 0,0105 O2 (%) 3,00 à 3,05 2,90 à 2,95 NOx (%) 0,0250 0,0270 S02 (ppm) 1100 1160 SO3 (ppm) 104 77 Taux de conversion (%) 8,6 6,2 SO2 (g/th)| 3,90 | 4,05 S03 (g/th) -0,46 0,34 Indice pondéral (g/Nm3 - 0,105 0,105 " (g/th)| 0,130 | 0,130 Emissions cheminée Température des gaz ( C) 218 à 233 218 à 233 CO2 (%) 12,6 12,8 CO (%) 0,0090 0,0100 O2 (%) 3,85 à 3,90 3,60 à 3,70 NOx (%) 0,0240 0,0260 SO2 (ppm) 1195 1230 SO3 (ppm) -4 5 Taux de conversion (%) 0,4 0,4 SO2 (g/th) 4,44 4,49 SO3 (g/th) 0,02 0,02 Indice pondéral (g/Nm3) 0,100 0,100 (g/th 0,130 0,130 Indice de noircissement 4 à 5 4 à 5 Rendement de combustion (%) 90,5 90,5 REVENDICATIONS 10) Additif pour huiles combustibles caractérisé en ce qutil est constitué par un savon métallique dissous dans un solvant aliphatique et/ou aromatique. 20) Additif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le savon métallique est de l'oléate de magnésium. 30) Additif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le solvant aliphatique est du white spirit. 4 ) Additif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le solvant aliphatique est du pétrole. 5 ) Additif selon l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que le solvant aliph tique est du fuel. 60) Additif selon itune quelconque des revendications t à 5, caractérisé en ce qulil comporte entre 10 et 40 zen poids de préférence entre 20 et 30 % en poids d'oléate de magnésium. 70) Fuel caractérisé en ce qu'il renferme entre 2 et 10 %. en poids d'additif selon l'une quelconque des revendications i à 6.