Brevet FR2396796A1 — publié le 19790202

On sait que, par distillation, on peut fractionner le pétrole brut en un certain nombre de produits variés se distinguant les uns des autres, notamment par leur volatilité. Dans 1 t alimentation des moteurs à explosion, on a utilisé la fraction dénommée en France "essence1, et dans les Etats-Unis "gasoline", en Angleterre "petrol", qui, grâce à sa volatilité, permet de réaliser la carburation de l'air avant son introduction dans les cylindres du moteur. Puis, le cycle Diesel a permis d'utiliser des fractions plus lourdes telles que le gas-oil que l'on injecte séparément dans les cylindres du moteur, à la fin de la phase de compression de l'air et qui s'allume spontanément grâce à la chaleur de compression. On a vécu jusqu'ici avec ce système binaire de carburants et les deux classes correspondantes de moteurs. Pour les moteurs A carburateur où l'air chargé de carburant est comprimé dans les cylindres avant l'allumage, il convient que le carburant ait des propriétés anti-détonantes que l'on a été amené d caractériser par le nombre d'octane. Le distillat naturel du pétrole comporte généralement un nombre d'octane faible ne permettant qu'un taux de compression également faible. Pour améliorer le rendement des moteurs à carburateur, t on s'est efforcé d'augmenter ce nombre d'octane par divers artifices L'un d'eux est l'addition à l'essence de produits tels que le plomb tétra-éthyle qui est malheureusement très toxique et présente donc un grave inconvénient sous le rapport de la pollution.Il contribue en outre à l'encrassement des moteurs par des dépotes de plomb et à la corrosion des soupapes, Un autre artifice couramment appliqué dans les raffineries de pétrole consiste à prendre des fractions du distillat plus lourdes et plus légères que l'essence et à les transformer par des opérations de craquage ou de reformage pour obtenir des hydrocarbures du type benzénique ou naphténîque ayant des propriétés anti détonantes et que l'on mélange avec la fraction essence pour augmenter son nombre d'octane. Mais, cette façon de faire, outre qu'elle nécessite des appareils complexes et coûteux, introduit des pertes résultant du combustible que l'on brûle pour le chauffage des appareils et donne comme résidu des gaz qui sont le plus géné ralement brûlés à ia torchère. Ces pertes peuvent autre évaluées à 5 % environ du pétrole brut. Il est évident que, dans la situation économique actuelle, ces pertes constituent un grave inconvénient. D'un autre coté, les moteurs Diesel ont fait des progrès techniques considérables et on sait réaliser aujourd' hui, pour la propulsion des automobiles, même en ville, des moteurs diesel rapides, de poids réduit, ayant une certaine souplesse de marche et peu bruyants. Le Demandeur a eu l'idée de remplacer les deux types de carburants par un carburant unique dit 'tlongue-coupe'l groupant des fractions légères et lourdes du pétrole brut, bien adapté au fonctionnement des diesels modernes et particulièrement des diesels à préchambre, de sorte que ce nouveau carburant pour moteurs à piston devrait remplacer progressivement les deux carburants actuels, en meme temps que le moteur diesel remplacerait le moteur à carburation préalable, en faisant disparaître les inconvénients rappelés ci-dessus, puisqu'en particulier, pour le moteur diesel, on n'a pas besoin d'un nombre d'octane élevé Comme le moteur diesel a généralement des consommations spécifiques plus faibles que le moteur à essence, on ajouterait deux sources d'economie : l'une au cours du raffinage et l'autre dans le fonctionnement du moteur. Le moteur diesel permettant aussi une adaptation plus facile de turbo- compresseur d'échappement, les progrès dans la voie de l'éco- nomie pourraient être généralisés grâce à un carburant plus universel que le gas oil. Puisque ce nouveau carburant prendra une partie des débouchés de l'essence en plus de ceux du gaz oil, il faut qu'il soit largement disponible à partir des pétroles bruts. Il sera constituéddans sa définition la plus large par l'ensemble des fractionsjdistillation comprenant le gas oil pour moteurs rapides et les fractions plus légères dont la désignation varie, mais comprend de façon classique les kérosènes et les distillats appelés quelquefois naphtas lourds et légers. I1 comprendra donc le gas oil classique et les coupes disponibles par distillation, distillant à des températures inférieures à celles de la coupe gas oil. Le nouveau carburant longue-coupe, que l'on désignera ci-dessous par LC pour la commodité du langage et qui fait l'objet de l'invention, se caractérise principalement par les points suivants a) dans l'épreuve de distillation normalisée, la distillation commence à environ 300 C pour se terminer dans la même gamme de températures que celle des gas oils classiques pour moteurs rapides ; b) dans cette même épreuve de distillation normalisée, 90 % environ du volume passe dans l'éprouvette à une température comprise entre 210 à 250 C environ et 3600 C. Un tel carburant, qui représente environ 50 à 60 % en volume du pétrole brut au lieu de 10 à 20 %, comme c'est le cas pour le gas oil léger pour automobiles, offre non seulement les avantages qui ont été indiqués, mais encore, grâce à la présence de produits plus lourds que l'essence, a un pouvoir lubrifiant suffisant pour le fonctionnement convenable des pompes, injecteurs et accessoires, tout en contenant des produits volatils facilitant le démarrage à froid des moteurs Diesel. Il va de soi que ce carburant est plus disponible dans les pétroles bruts que l'essence d'automobile actuelle puisque celle-ci, surtout à cause de l'exigence en indice d'octane, demande des opérations de préparation spéciales et n'est généralement pas disponible par simple distillation du brut sauf sur quelques cas particuliers. Il est en outre important dréviter que le carburant tombe dans la zone d'sxplosivité au sol se caractérisant par une présence d'hydrocarbures volatils suffisante pour que l'atmosphère saturée qui surmonte le carburant liquide dans un réservoir franchisse la zone d'inflammabilité du moins à la température ordinaire sur les territoires geographiques d'emploi normal. On sait en effet que, si on considère un réservoir contenant de l'essence liquide, même seulement en très petite quantité, son atmosphère est généralement trop riche en vapeur pour s'enflammer, au moins dans les climats tempérés, c'est-à- dire ceux où la température en hiver est supérieure à 200 C. Au contraire, soil s'agit de pétrole lampant et a fortiori de gas oil, 1 t atmosphère saturée est trop pauvre pour s'enflammer. Mais, si on a affaire à des mélanges de pétrole lampant et d'essence, l'atmosphère saturée des réservoirs peut se trouver dans les conditions d'inflammation, donc de åéfla- gration et d'explosion. Pour ne pas compliquer d'une façon excessive la distribution commerciale du carbut selon l'invention, il convient de le rendre comparable b l'essence du point de vue considéré. Pour cela, on veillera à ce que le carburant contienne un minimum d'hydrocarbures légers, minimum qui peut être caractérisé par un minimum de la tension de vapeur Reid ou un minimum du pourcentage distillant aux faibles températures dans l'épreuve de distillation normalisée. On fera > par exemple, en sorte que la proportion d'hydrocarbures légers corresponde à une tension de vapeur Reid supérieure à 50 Pièzes ou 500 g/cm ou même seulement supérieure k 35 à 40 Pièzes, selon les conditions locales d'utilisation. Pour ce qui est du minimum du pourcentage distillant aux basses températures, on pourra adapter la composition de manière que 10 % du volume distille avant 70 ou 750 C, cette limite dépendant de la température atmosphérique minimale du territoire géographique d'exploitation, A un autre point de vue, on sait que, pour éviter les tampons de vapeur sur le circuit d'alimentation d'un moteur et le désamorçage de la pompe d'alimentation, il est avantageux que la tension de vapeur Reid ne dépasse pas une certaine valeur, par exemple, en France et dans les autres pays tempérés 7 65 Pièzes en été et 80 Pièzes en hiver. Le dessin annexé représente à titre d'exemple la courbe de distillation normalisée d'un carburant longue-coupe conforme à l'invention. Les températures en degrés centigrades sont portées en ordonnées et les pourcentages de produit passant dans l'éprouvette sont portés en abscisses. Le point A représente la limite supérieure des températures correspondant à la condition b ci-dessus, tandis que les points B et B1 correspondent à la plage de limite inférieure. Le point C correspond à la présence d'un minimum d'hydrocarbures volatils selon ce qui a été dit ci-dessus. Une telle courbe permet à l'homme du métier, c'est- à-dire aux spécialistes du raffinage des pétroles, de réaliser un carburant selon l'invention, en partant d'un brut, quelle que soit son origine. On pourra, comme on le fait d'habitude, commencer par fractionner le brut, par exemple dans une colonne de distillation à plateaux, puis remélanger des doses convenables des fractions ainsi séparées pour constituer le carburant LC selon l'invention. Le spécialiste de distillation n'aura pas de difficulté à déterminer les doses convenables des diverses fractions. Le cas échéant, des hydrocarbures gazeux tels que le butane ou les pentanes pourront être dissous dans le mélange. Le rendement de production par distillation directe du nouveau carburant résulte des tableaux suivants, dans lesquels on a donné les pourcentages de gas oil et du nouveau carburant LC qui peuvent être obtenus/des bruts d'origines différentes. L'essence d'automobile ne peut être mentionnée car elle demande le retraitement de certaines fractions et sa disponibilité dépend à la fois de la nature du brut et de l'outil de raffinage disponible Parmi les problèmes posés par le raffinage des pétroles bruts disponibles, il peut arriver qu'on soit conduit à valoriser (par exemple RE craquage catalytique3 des coupes de petroles plus lourdes que les gas oils pour éviter d'avoir trop de fractions lourdes.En effet, le débouché de ces fractions pourrait tendre à s'amenuiser à cause de la part prise par l'utilisation croissante des centrales atomiques ou même à charbon et à l'emploi de leur chaleur résiduelle. Dans ce cas, les raffineurs seraient amenés à employer des craqueurs catalytiques de produits lourds pouvant être orientés vers la production soit d'essence à haut degré d'octane soit de produits de la gamme dite gas oil. L'adoption du carburant Lk rendra plus souple ces adaptations en permettant l'emploi de produits de toute nature L'emploi et le fonctionnement des craqueurs catalytiques, hydrogénants ou non pourra en être simplifié et les investissements correspondants diminués. Brut Arabian Heavy Arabian Medium Arabian Liqht gas sas oil 16 ,o 18 20 % LC 43 % 50 60 aran Liqht Iran Sassan % gas oil 14 20 % LC 55 55 Alérie Messaoud s gas oil 23 % LC 70 Kuwait % gas oil 14 % LC 52 Irak Qatar Zakum % gas oil 10 18 20 19 % LC 50 50 70 63 On sait que la combustion des gas oils dans les moteurs diesel mène à l'emploi d'indice de cétane minimum pour éviter le cognement dans ces moteurs. Il s'agit d'une propriété inverse de l'indétonance des essences pour les moteurs à allumage commandé. Il n'y aura pas lieu de la changer dans le développement de l'emploi du LC. I1 est possible que pour les besoins du raffinage, il soit commode de specifier un maximum de teneur en carbures aromatiques, par exemple 20 ou 25 %, pour orienter l'obtention d'un produit donnant peu de cognement, et un minimum de fumées à l'échappement. Le point A maximum de température (360 ) pour le point 90 % de la courbe de distillation correspond également au souci de ne pas présenter à la combustion des carbures trop lourds provoquant des dépôts et des fumées. La température 3600 C correspond aux gas oils classiques. Elle pourrait etre élevée par l'emploi des fractions légères dans le carburant longue coupe. Les exigences en teneur en soufre seront maintenues comme pour les gas oils classiques de la catégorie pour auto mobiles. Elles seront généralement plus faciles à atteindre pour le raffinage car les teneurs acceptables en soufre augmentent souvent avec la densité des coupes de distillation. REVENDICATIONS 1. Carburant pour moteur à combustion interne à piston et à injection, utilisable en particulier dans les moteurs fonctionnant selon le cycle diesel et, de préférence, dans les moteurs de ce type åXpréchambre, caractérisé par les particularités suivantes: a) dans l'épreuve de distillation normalisée, la distillation commence à environ 300 C pour se terminer dans la même gamme de température que les gas oils classiques pour moteurs rapides ; b) dans cette même épreuve de distillation normalisée, 90 % environ du volume passe dans l'éprouvette à une température comprise entre 210 à 2500 C environ et 360e C. 2. Carburant selon 1, caractérisé en ce qu'il contient des hydrocarbures légers en quantité suffisante pour que la tension de vapeur Reid soit supérieure à 35 Pièzes. 3. Carburant selon 1, caractérisé en ce qu'il contient des hydrocarbures légers en quantité suffisante pour que la tension de vapeur Reid soit supérieure à 50 Pièzes. 4. Carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quçil contient des hydrocarbures légers en quantité suffisante pour que, dans épreuve de distilla- tion normalisée, 10 % du volume éprouvé distille avant 70750 C environ. 5. Carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion dthydrocarbures légers est limitée de façon que la tension de vapeur Reid ne dépasse pas 80 Pièzes environ. 6. Carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient un maximum de teneur en hydrocarbures de type aromatique de l'ordre de 20 à 25 % en masse.