Brevet FR2683545A1 — publié le 19930514

La présente invention est relative à un produit combustible solide pour la lutte contre les brouillards et les gelées. Quelle que soit la période de l'année, on sait qu'il peut se produire, localement ou non, des brouillards pouvant perturber l'utilisation de sites tels que aéroports, péages d'autoroutes, etc De même, durant la saison froide, il peut être souhaitable de préserver du gel des zones limitées sur lesquelles se trouvent des produits sensibles au froid, des cultures par exemple. Une solution consiste à réchauffer l'air dans la zone à protéger L'utilisation de sources d'énergie classiques telles que l'électricité, le fuel ou le gaz est possible mais le prix de revient est élevé et cette solution est inapplicable économiquement. On peut utiliser des déchets combustibles à l'état brut, mais ceux-ci ne remplissent généralement pas les conditions nécessaires à ce genre d'utilisation en particulier une grande durée de combustion sans risque d'extinction. Il faut donc mettre au point des produits combustibles utilisant le plus possible des résidus à faible prix de revient associés à d'autres éléments permettant à l'ensemble de satisfaire aux conditions de stabilité et de vitesse de combustion. Il est connu d'utiliser pour ce faire un mélange entre un produit d'origine organique dont le pouvoir calorifique est faible ou moyen et un produit à haut contenu énergétique généralement d'origine pétrolière destiné à relever le pouvoir calorifique du mélange. Le brevet français N O 87 03372 décrit un procédé de traitement de suspension d'hydrocarbures à partir de poudre de bois qui conduit à un combustible saturé d'eau et d'hydrocarbures dont les propriétés se rapprochent de celles recherchées pour la protection contre les brouillards et le gel. Les produits généralement utilisés comme élément à haut pouvoir calorifique du mélange proviennent directement ou indirectement de la distillation du pétrole et présentent un certain nombre d'inconvénients:5 la vitesse de combustion est trop rapide, le stockage du produit est limité car les matières organiques qu'ils contiennent sont sensibles aux germes microbiens et aux champignons. la combustion dégage des fumées gênantes pour l'environnement, le produit peut présenter une odeur désagréable due à la matière organique qu'il contient, La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients ci-dessus en obtenant un combustible qui présente les qualités suivantes: un Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) élevé compris entre 24000 et 33000 kilojoules/kg, une durée de combustion qui, pour une présentation de cinq kilogrammes de produit sous forme d'un cylindre de diamètre égal à sa hauteur est supérieure à cinq heures, chacun des combustibles pouvant être relié par fil, ce qui permet de prolonger la durée de combustion, l'absence de fumées et d'odeurs désagréables, une poursuite de combustion en cas de disparition de la flamme, une mise à feu simple, fiable et automatisable, une tenue au stockage au moins égale à deux ans. L'invention objet du brevet consiste en un combustible solide comprenant un mélange fait de matières organiques et d'un produit à haut pouvoir calorifique caractérisé en ce que le produit à haut pouvoir énergétique est de la poix de tall-oil. La poix de tall-oil, fond de la colonne de distillation sous vide du tall-oil brut, lui même extrait de la résine de pin ou d'arbres d'espèces diverses dont l'épicéa se présente sous la forme d'une pâte brute dont le PCI est compris entre 36000 et 38000 kilojoules/kg. Elle présente des qualités bactéricides comme en présentent les résines d'origine arboricole et les produits qui en sont issus Du fait de ses qualités de viscoélasticité, elle facilite l'agglomération de la biomasse et permet de présenter le combustible objet de l'invention sous forme de volumes solides à la température ambiante, avec inclusion dans la masse d'un dispositif tel qu'une mèche pour permettre un allumage manuel ou automatique aisé par fil ou sans fil. Les matières organiques proviennent de déchets de cultures énergétiques ou de gisements naturels Elles se présentent sous forme de poudre oléophilisée et hydrophilisée Elles renferment des huiles issues de traitement d'hydrocarbures ou d'huiles d'origine végétale ou animale ou d'huiles provenant de la distillation des alcools Elle résultent de la purification de suspensions organiques ou de suspensions d'hydrocarbures ou constituent des résidus dans les procédés. Afin d'encore améliorer le produit il est possible d'ajouter des additifs accroissant les qualités du combustible. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Les matières organiques peuvent provenir de déchets, de cultures énergétiques ou de gisements naturels Cette matière organique peut être définie comme les matériaux dont la molécule renferme du carbone, de l'hydrogène et au moins un hétéro-atome (oxygène et/ou azote) dont l'origine est principalement végétale ou animale. Les déchets peuvent être d'origine humaine ou animale, par exemple, boues urbaines, lisiers, fumiers, fraction des ordures ménagères, papiers et cartons Ils comprennent aussi des résidus combustibles de l'industrie agro-alimentaire, par exemple drêches, rafles de maïs, paille de céréales, tiges de topinambour, lie de vin, pulpes, ou des résidus produits par la mise en oeuvre du bois, par exemple, écorces, sciures, liqueurs noires, aiguilles de pin. Les cultures énergétiques comprennent, par exemple, les plantes aquatiques que l'on rencontre dans les eaux douces et les eaux issues de lagunes, les eaux saumâtres et les océans, ainsi que les plantes terrestres que l'on cultive pour produire de l'énergie, par exemple, les cannes de bambous. La matière organique peut être une farine de bois, fabriquée à partir de bois défibré ou de sciures séchées, broyées et tamisées. Les gisements naturels comprennent les tourbes ou sédiments riches en matières lignocellulosiques. On choisira, de préférence, la biomasse ayant le meilleur pouvoir calorifique et la meilleure compatibilité avec la poix de tall-oil. Il est possible d'utiliser les biomasses ayant servi à purifier des suspensions organiques, en particulier, les suspensions contenant des hydrocarbures ou des graisses Ces lits de filtration, contenant des hydrocarbures, sont décrits dans le brevet français 87 03372. Les matières organiques peuvent provenir, également de bois défibré, de papier de récupération dilacéré et de feuilles de papier à résistance humide ayant servi d'agent de filtration pour des liquides chargés. Il est possible d'élargir le domaine de la biomasse aux mauvais charbons, aux résidus de la fabrication du charbon de bois, à des lignites, à des schistes bitumineux, à des schlanms, voire des cokes de pétrole, à des tourbes. Des asphaltes spécialement traités peuvent être utilisés. On mélange cette biomasse à de la poix de tall-oil, produit provenant du fond de la colonne de distillation sous vide du tall-oil brut qui est un extrait de résine de pin ou d'arbres d'espèces diverses dont l'Epicéa. Pour une part, en poids, de biomasse on ajoute de 0,5 à 2 parts de poix de tall-oil, et de préférence de 0,8 à 1,4 parts. CARACTERISTIQUES DE LA POIX DE TALL-OIL 36000 250 C Cendres: 0,30 à 0, 60 % Pour un Indice d'Acide de l'ordre de 50, la composition de la poix de tall-oil s'établie comme suit: 20 % d'acides résiniques libres (abiétique, déhydroabiétique etc (acides résiniques oxydés: oxydéhydroabiétique). % d'acides gras estérifiés (oléique, linoléique, etc) % d'insaponifiables: stérols: (campestérol silostérol sitostanol) alcools: (cycloarténol) alcools résiniques (isopimarol déhydroabitol, etc) alcools linéaires cireux en C 22, C 24, C 26 hydrocarbures diterpéniques (primaradiène) La poix de tall-oil, améliorée ou pas brûle bien avec une flamme claire, sans fumée et son effet retardateur inattendu sur la combustion de la biomasse a été mis en évidence sur tous les types de matières organiques cités ci- dessus En outre, elle dégage une odeur agréable Elle présente une grande aptitude au moulage et une remarquable tenue au froid. A cette poix, il sera possible d'ajouter des additifs. Ils ont pour effet d'améliorer la viscoélasticité de la poix de tall-oil et donc la tenue du combustible selon l'invention. Ils ont en outre un effet retardateur sur la combustion et ils améliorent la viscoélasticité exigée par le stockage à température élevée, jusqu'à 40 à 50 C ainsi que le stockage à basse température, jusqu'à -20 à -30 C. Nous avons observé que grâce à ces additifs le "breaking point", c'est à dire la température de fissurage, était amélioré si bien que le produit à -30 C ne présente pas de trace de fissure et qu'ainsi son transport est grandement amélioré. On pourra utiliser des résines ajoutées dans une proportion de 5 à 10 % en masse à la poix de tall-oil Ces résines seront des colophanes, des résines abiétoformophénoliques et des résines terpènes-phénoliques. Elles sont toutes issues de la poix de tall-oil et donc parfaitement compatibles avec celle-ci. On pourra utiliser dans des proportions comprises entre 5 et 10 %, des lignosulfonates ou lignosulfites, en poudre ou en solution concentrée Ces produits dérivés de la fabrication de la pâte à papier de couleur jaune brun ont en outre une odeur agréable et permettent de se passer de l'addition d'essences terpéniques si l'on veut donner une odeur au combustible On utilisera de préférence de solutions concentrées dans de l'eau ou de l'eau mélangée à de l'alcool Dans ces conditions, le mouillage de la matière organique se fait bien et la compatibilité avec la poix de tall-oil est remarquable La teneur en cendres est élevée: 10 % dont 4 % sont du calcium Ce produit disponible en grande quantité à un PCI élevé à cause de sa teneur en lignine (de à 90 %). On pourra utiliser dans des proportions comprises entre 5 et 10 % des sous-produits de la fabrication de sucre telle que la mélasse Celle- ci qui présente l'inconvénient de ne pas être stable lorsque elle est seule se trouve stabilisée en présence de tall-oil. On pourra utiliser également sous forme de poudre, granulés, rubans ou en écailles les gommes ou leurs déchets de fabrication utilisables seuls ou en milieu aqueux: gomme arabique (criblée, nettoyée, en poudre), gomme karaya (en granulés, en poudre et en grabeaux), gomme adragante (en rubans, en écailles, ou en poudre). et les gommes ou leur déchets utilisables seuls ou associés à un solvant: Copal du Zaïre, Gomme d'Amar de classement, Gomme d'Amar fossile, Gomme Manille tendre d'Indonésie, Gomme Accroide route d'Australie, Gomme Elemi, Mastic en larmes, Mastic de Terpène, Gomme Sandaraque en larmes, Gomme Benjoin de Sumatra, Gomme Laque en feuilles et en grains de l'Union Indienne et de Thaïlande, Gomme laque blanchie, Gomme laque décirée, Gomme Copal Manille 100 % soluble de Philippines: Alphacopal. On pourra utiliser également Les cires animales: blanc de baleine (Palmitate de Cétyle) cire d'abeille cire de gomme laque. Les cires végétales: cire de Carnauba cire de Candelilla, et les cires issues des hydrocarbures décrits plus loin. Les colloïdes et dérivés, amylacés, sous forme de produit pur ou les déchets de leur fabrication Farine de Caroube, Farine de Guar, Cargao (pulpe de caroube torréfiée et pulvérisée), Tapioca de Madagascar (en flocons, en granulés, en semouline), Fécule de manioc malgache, Fécule d'Arrow Root de Saint Vincent. Les extraits: Extrait de Cassel en grains, Extrait d'Acajou en flocons, Extrait de chêne en flocons. Les asphaltes durs naturels, la gilsonite les asphaltes durs extraits des hydrocarbures, les résines naturelles, par exemple celles obtenues par lixiviation d'asphaltes les résines synthétiques sous forme de polymères de type polypropylène ou polyéthylène ou de déchets de fabrication de polymères ou de déchets de produits finis fabriqués à partir de polymères types bouteilles ou film protecteur de culture. Nous donnons ci-dessous un exemple de fabrication de combustible selon l'invention à partir de poix de tall-oil. La poix de tall-oil se présente sous la forme d'une pâte brune légèrement odorante Elle doit être chauffée autour de 100 'C pour être pompable et transportable sous forme liquide Sa teneur en eau est faible (de l'ordre de 0,1 %), son point de fusion est compris entre 40 et 55 C, sa teneur en soufre est comprise entre 0,2 à 0,3 % poids Le point éclair est supérieur à 250 'C La teneur en matière minérale est comprise entre 0,3 à 0,6 % poids La densité est comprise entre 1,05 et 1,1 Son pouvoir calorifique est compris entre 36000 et 38000 kilojoules/kg. La matière organique est composée, pour 15 % de poudre d'aiguilles de pin provenant d'unités de défrichage de forêt de résineux et 25 % de poudre de bois de résineux A parties de cette biomasse on ajoute 50 parties en poids de poix de tall-oil plus cinq parties de résines cellophanes, 0,5 partie d'huiles terpéniques et 4,5 parties de lignosulfonate. Chacun de ces éléments est introduit à froid dans un mélangeur à vis, la poix de tall-oil y étant introduite à 1000 C Le mélange, parfaitement homogénéisé, sort de la machine à 600 C sous forme d'une pâte dure Il traverse un tunnel de refroidissement ou un arrosage d'eau froide Après35 ce refroidissement le produit est solide Il peut être percé de conduits nécessaires à l'air de la combustion Au produit hydrophobe et en forme, est ajouté le système d'allumage. Le combustible peut être revêtu d'une enveloppe ou d'un film protecteur grâce, par exemple, à une trempe dans un bain de paraffine liquide à 800 C ou bien une trempe dans un bain d'émulsions de paraffine dans l'eau ou d'émulsions5 d'hydrocarbures ou dans un polymère rendu liquide par la température. Le combustible a une teneur en eau de 4,5 % Ses caractéristiques exprimées par rapport à la matière sèche sont les suivantes: PCI= 27000 kilojoules/kg Cinq kilogrammes de combustible selon l'exemple sous la forme d'un cylindre de locm de diamètre met 5 heures à brûler avec un très léger dégagement de fumée et une odeur faible de résine de pin La teneur en cendres résiduelles est de 1 %. Si la flamme s'arrête, la combustion se prolonge. RECAPITULATIF DES CARACTERISTIQUES DU COMBUSTIBLE MATERIAU DE BASE ADDITIFS Qualité Poix de Matières Ligno Huile Combustible Tall-oil organiques Résines sulfonates terpénique obtenu Poudre de résineux Pouvoir 36000 17600 35400 14600 37600 26800 calorifique 38000 Kj/Kg Teneur en eau 0,1-0,2 5- 10 5 5 % Matières Minérales % 0,3-0,6 2 10 1 Soufre % 0,2-0,3 0,2 0,1 0,1 0,2 Densité 1,05-1 0,2-0, 3 1,1 1 0,8 0,8 Sécurité Pt Eclair Poudre Solide Liquide Liquide Solide Transport 250 C pas de risque pas de risque pas de risque Stockage odeur agréable Durée de Combustion pour 5 kg 5 heures Qualités Léger voile particulières de fumée. Se consume sans flamme. odeur agréable. (n (n il REVENDICATIONS 1 Combustible solide pour la lutte contre les gelées et les brouillards comprenant un mélange fait de matières organiques et d'un produit à haut pouvoir calorifique caractérisé en ce que le produit à haut pouvoir énergétique consiste en de la poix de tall-oil. 2 Combustible solide selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière organique composant le support de combustion est un matériau renfermant en plus du carbone et de l'hydrogène au moins un hétéroatome et dont l'origine est principalement d'origine animale ou végétale. 3 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de déchets organiques ayant pour origine les ordures ménagères. 4 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de déchets organiques ayant pour origine les résidus combustibles de l'industrie agro-alimentaire. 5 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de végétaux cultivés pour produire de l'énergie. 6 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de combustibles en cours de fossilisation. 7 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de résidus de l'industrie du bois. 8 Combustible solide selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de combustion se compose de biomasses d'origine synthétiques ayant servi à purifier des suspensions organiques. 9 Combustible solide selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute à la poix de tall-oil des gommes, des résines naturelles ou artificielles ou le déchet de leur fabrication. Combustible solide selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute à la poix de tall-oil des lignosulfonates ou des lignosulfites. 11 Combustible solide selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute à la poix de tall-oil des sous- produits de la fabrication du sucre ou de l'industrie de la confiserie.