Brevet FR2488694A1 — publié le 19820219

La présente invention concerne un procédé de détermination de la concentration en paraffines d'un fuel lourd, ainsi qu'un appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est connu que la dégradation ou la variation de la qualité du fuel lourd conduit à des difficultés d'exploitation dans les centrales thermiques - fonctionnant au fuel lourd. Ainsi, le mélange de deux fuels incompatibles conduit à la formation rapide de dépôts dans les canalisations d'amenée de fuel lourd aux brûleurs des centrales thermiques. La formation de ces dépôts est liée notamment aux teneurs en hydrocarbures paraffiniques et asphalténiques dans les fuels considérés. Il est donc devenu indispensable de disposer d'un procédé rapide, simple et reproductible, ainsi qu'un appareillage correspondant, permettant de caractériser un fuel lourd par sa concentration en hydrocarbures paraffiniques. Jusqu'à présent, le dosage des constituants des fuels lourds s'effectuait soit par chromatographie, soit par des indicateurs fluorescents conformément à la norme ASTM D-1319-70. Ces procédés de la technique. antérieure ne donnent pas entièrement satisfaction et, en particu- lier, le procédé chromatographique est très long et utilise un appareillage complexe de laboratoire. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en proposant un procédé de détermination de la concentration en paraffines d'un fuel lourd, dont la caractéristique essentielle réside dans le fait que lton chauffe le fuel au voisinnagé de 3000C, on fait arriver un Jet contenant de l'oxygène sur la surface du fuel lourd liquide pour produire des explosions superficielles dans la phase gazeuse au-dessus du liquide, on détecte ces explosions, on enregistre le signal de détection obtenu et on mesure les caractéristiques de ces explosions en fonction du temps pour déterminer un indice de paraffine, caractéristique du-fuel lourd considéré. L'invention concerne aussi un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant un four stabilisé thermiquement, au moins un réacteur placé dans le four et apte à recevoir un échantillon de fuel lourd, une alimentation apte à introduire un iet contenant de l'azote dans le réacteur, un détecteur placé dans le réacteur et apte à détecter-les explosions, et un enregistreur pour mesurer le signal de détection obtenu. On a pu constater que, au voisinage de 3000C, en présence d'air ou d'oxygène, un fuel lourd qui est un composé hydrocarboné lourd contenant des paraffines présente un phénomène de "réactivité froide" dans la phase gazeuse que l'on peut qualifier de "flamme froide". Si, conformément aux enseignements de l'invention, on fait arriver un jet contenant de l'oxygène sur la surface du fuel liquide au voisinnage de 3000C, il se produit une réaction hétérogène entre la surface du liquide et l'oxygène ainsi amené. Cette réaction donne naissance à une série d'explosions superficielles périodiques qui se propagent dans la phase gazeuse au travers de la flamme froide stabilisée. On peut mesurer les caractéristiques de ces explosions pour caractériser le fuel lourd considéré. En effet, les caractéristiques de ces explosions (à savoir leur période, leur amplitude, leur délai de formation, la durée de leurs oscillations) en fonction du temps et de la température, sont reliées à la teneur en paraffines du fuel lourd et permettent de déterminer un "indice de paraffine" caractéristique du fuel considéré. Selon l'invention, le jet contenant de oxygène peut être un jet d'oxygène ou un jet d'oxygène dilué par un gaz inerte tel que de l'azote. Conformément à l'invention, les explosions peuvent être détectées soit par une variation de température à l'aide d'un micro thermo-couple, soit par une variation de luminosité à l'aide d'une cellule photoélectrique, soit encore par une variation de pression en utilisant un micro-capteur à quartz piézoélectrique. Le signal de détection obtenu gracie au détecteur peut être enregistré, par exemple graphiquement ou sur bande magnétique, et analysé en temps réel afin de disposer immédiatement des résultats de mesure. Il est particulièrement avantageux de déterminer simultanément la concentration en paraffines de deux fuels lourds différents à des finns de comparaison immédiates, notamment en ce qui concerne leur compatibilité pour le fonctionnement d'une centrale thermique. Dtautres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre illustratif, et sur lesquels : La Figure 1 représente un appareillage conforme à l'invention Les Figures 2 et 3 représentent deux courbes d'enregistrement de température en fonction du temps pour deux échantillons de fuels lours différents. L'appareillage représenté sur la Figure 1 comprend un four 10 stabilisé thermiquement, à l'intérieur duquel est placé un réacteur vertical 12 qui, dans l'exemple représenté, présente un diamètre de 1,6 cm. Sur l'extrémité supérieure du réacteur 12 est fixé, par l'intermédiaire d'un joint 14, un raccord 16 présentant une évacuation 18 et un embout 20. L'embout 20 sert à la fixation d'une pièce 22 supportant une canalisation 24 d'amenée d'un mélange d'azote et d'oxygène. Cette canalisation 24 est reliée en amont à une alimentation régulée d'oxygène plus azote comportant des débit mètres et des vannes (non représentés), ainsi qu'un analyseur d'oxygène 26. Dans l'exemple représenté, la canalisation 24 débouche à une distance de 38 mm au-dessus de la surface du fuel lourd 28 placé à l'intérieur du réacteur 12. L'appareillage comporte en outre, un détecteur constitué par un thermo-couple 30 dont la soudure est située à une distance de 6 mm au-dessus de la surface du fuel liquide. Le thermo-couple 30 est relié à un enregistreur 32 et à un compteur dtimpulsions 34. L'appareillage représenté sur la Figure 1 s'utilise de la façon suivante. On introduit dans le réacteur 12 le fuel liquide jusqu'à un repère déterminé puis on fait arriver un jet d'oxygène et d'azote en mettant en route le débit gazeux avec un débit donné et une concentration d'oxygène donnée. On introduit alors le réacteur dans le four au temps t. On suit alors la réaction par son effet thermique en fonction du temps depuis la temps rature ordinaire. Les pulsations thermiques apparaissent au bout d'un temps plus ou moins long et sont enregistrées graphiquement ou sur une bande magnétique. il est particulièrement avantageux de mettre dans un même four deux réacteurs, alimentés de la même façon en oxygène et en azote, mais contenant deux échantillons de fuels lourds différents, afin d'obtenir une comparaison rapide des caractéristiques des deux fuels considérés. Les deux courbes d'enregistrement représentées respectivement sur les Figures 2 et 3 ont été établies dans les conditions suivantes : - température initiale du four : 2950C - débit gazeux : 8 l/h - proportion d'oxygène dans le mélange oxygène + azote : 13 5'o. Comme le montre par exemple la Figure 1, la courbe d'enregistrement obtenue passe par un maximum puis décroît ensuite. Ce maximum est dt à la flamme froide dont il a été fait référence plus haut. Les pulsations sont en général peu intenses avant le maximum puis elles décroissent ensuite à partir du maximum. Ceci montre bien qu'il y a concurrence entre les deux phénomènes car les oscillations augmentent d'importance quand la température de la flamme froide diminue. La fréquence des oscillations diminue aussi et, finalement, il se produit un arrêt brutal de ces oscillations. Les mesures à effectuer conformément à l'invention pour déterminer les caractéristiques d'un fuel lourd en ce qui concerne sa concentration en hydrocarbures paraffiniques sont les suivantes : - h :- amplitude apparente de la flamme froide - variations de l'amplitude et de la fréquence en fonction du temps et de la température - durée totale des oscillations et durée après le maximum - durée de la période qui précède les os cillations ; - pression minimale d'oxygène déclenchant le phénomène périodique. A l'aide de ces mesures, on peut déterminer un indice de paraffine, caractéristique du fuel consi déré en vue de son utilisation, notamment comme combustible dans une centrale thermique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiquement décrits et représentés et on peut réaliser d'autres variantes sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la concentration en paraffines d'un fuel lourd, caractérisé par le fait que l'on chauffe le fuel au voisinage de 3000C, on fait arriver un jet contenant de l'oxygène sur la surface du fuel lourd liquide pour produire des explosions superficielles dans la phase gazeuse au dessus du liquide, on détecte ces explosions, on enregistre le signal de détection obtenu et on mesure les caractéristiques de ces explosions en fonction du temps pour déterminer un indice de paraffines caractéristique du fuel lourd. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on détecte les explosions par variations de température. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait-que l'on détecte les explosions par variations de luminosité. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on détecte les explosions par variations de pression. 5. Procédé selon l'une des revendications l à 4, caractérisé par le fait que l'on détermine simultanément la: concentration en paraffines de deux fuels lourds différents à des fins de comparaison. 6. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un four (10) stabilisé thermiquement, au moins un réacteur (12) placé dans le four et apte à recevoir un échantillon de fuel lourd-(28), une alimentation apte à introduire un jet contenant de l'oxygène dans le réacteur, un détecteur (30) placé dans le réacteur (12) et apte à détecter les explosionsi et un enregistreur (32) pour mesurer le signal de détection obtenu. 7. Appareillage selon la revendication 6, carac térisé par le fait que le détecteur (30) est un thermocouple. 8. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le détecteur (30) est une cellule photoélectrique. 9. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé par le -fait que le détecteur (30) est un capteur à quartz piézo électrique. 10. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend deux réacteurs (12) dans le four (10) pour déterminer simultanément la= concentration en paraffines de deux fuels lourds différents à des fins de comparaison. 11. Appareillage selon la revendication 6, carac térisé par le fait que l'alimentation est une alimentation régulée en oxygène et en azote.