Brevet FR2795086A1 — publié le 20001222

PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE À PARTIR D'HUILES DE FRITURE USAGÉES. La présente invention se rapporte à la production d'énergie électrique à partir d'un combustible issu des huiles de friture usagées. On propose aujourd'hui des matières premières d'origine végétale comme alternative au produit pétrolier. L'utilisation de ces matières premières comme biocarburant permet de mieux respecter l'environnement et offre un nouveau débouché à la culture d'oléagineux. Il s'agit notamment du biodiesel, dénommé aussi Diester, à base d'huile de colza et de tournesol. Dans le domaine du respect de l'environnement, les collectivités sont également confrontés au problème du traitement des déchets ménagers ou industriels. Il est maintenant proposé la mise en décharge sélective de ces déchets dont certains sont incinérés pour produire de l'énergie. On observe ainsi que les huiles industrielles et de vidange sont aujourd'hui massivement collectées. Il n'en est pas de même des huiles usées provenant des entreprises de restauration et des industries agroalimentaires. Il est ainsi produit des quantités importantes d'huile de friture usagée, évaluée en France, par l'ADEME, à près de 100 000 tonnes par an, dont aujourd'hui seulement 10% est recyclé, le reste étant souvent rejeté dans l'environnement ou avec les déchets ménagés. Le but de la présente invention est donc d'offrir un moyen de recycler les déchets que constituent les huiles de friture usagées et de fournir une nouvelle source d'énergie. Ce but est atteint grâce à l'utilisation d'huiles de friture usagées pour la préparation d'un combustible dont le traitement dans un moteur à combustion permet la production d'énergie électrique. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de production d'énergie à partir de déchets, caractérisée en ce que l'on alimente un réacteur à combustion interne avec un combustible comprenant au moins un ester d'huiles de friture usagées, en vue de produire de l'énergie électrique. L'ester d'huiles de friture usagées mis en oeuvre dans le procédé de l'invention est avantageusement un ester méthylique. Une analyse d'un ester méthylique d'huiles de friture usagées utilisé l'invention montre qu'il s'agit d'un ester méthylique d'acides gras présentant les spécificités rapportées dans le tableau I ci-dessous. Tableau I Caractéristiques Unité Valeur Méthode d'analyse Min. Max. Visuelle Aspect à 15 C Clair et ASTM D 1544 limpide Couleur Gardner - 12 NF EN ISO 12185 Masse volumique à Kg/m3 870 900 NF EN ISO 3104 15 C Viscosité à 40 C mm 2/S 3,5 5 NF EN 22719 Point éclair C 100 - NF EN 22719 (Pensky Martens) Distillation sous % v/v 95% à - ASTM D 1160 pression réduite 360 C Teneur en eau mg/kg - 200 NF T 60-700 Indice de cétane - 49 - NF EN ISO 5165 mesuré Résidu de carbone % m/m - 0,80 NF EN ISO 10370 (10% de distillation sous vide) Indice d'acide MgKOH/g - 0,5 NF T 60-702 Point d'écoulemlent C - 0 NF T 60-105 Teneur en ester % m/m 96,5 - NF T 60-703 Teneur en méthanol % m/m - 0,1 NF T 60-701 Teneur en phosphore mg/kg - 10 NF T 60-705 Teneur en métaux mg/kg alcalin Na 5 NF T 60-706-1 L'ester d'huiles de friture usagées constituant le combustible de l'invention est préparé à partir d'huiles de friture usagées selon des méthodes classiques bien connues de l'homme du métier. Le combustible entrant dans le procédé de l'invention comprend plus de 50% et jusqu'à 100 % et de préférence de l'ordre de 90% d'un ester d'huiles de friture usagées. Il comprend moins de 50% et jusqu'à 0% et de préférence de l'ordre de 10% de fioul domestique ou d'un analogue de celui-ci comme le gas-oil. Le réacteur à combustion mis en oeuvre dans le procédé de l'invention est un moteur diesel. Le combustible selon l'invention est utilisé pour la production d'énergie électrique avantageusement par un groupe électrogène diesel. A titre d'exemple d'un groupe électrogène diesel, ont peut citer les groupes électrogènes de la gamme diesel commercialisés par la Société Caterpillar, d'une puissance comprise entre 9 kW et 5720 kW pour un régime compris entre environ 1000 tr/min. et 3000 tr/min. et une fréquence de l'ordre de 50 à 60 Hz. Selon le procédé de l'invention, le moteur diesel est alimenté avec deux circuits différents d'alimentation, l'un pour l'ester d'huiles de friture usagée mélangé à du fioul domestique (FOD) et l'autre pour du fioul domestique (FOD). Le mélange d'ester d'huiles de friture usagées et de FOD comprend plus de 50 % et avantageusement de l'ordre de 90% d'ester d'huile de friture. Cette double alimentation est commandée par tout moyen comme une vanne motorisée permettant de sélectionner l'un et/ou l'autre des combustibles. Ainsi, le démarrage du moteur est réalisé en injectant uniquement du FOD pendant une durée de l'ordre de 10 à 60 seconde et de préférence de l'ordre de 30 secondes. Après le lancement du moteur, celui est alimenté en injectant le mélange comprenant environ 90% d'ester d'huiles de friture usagées et environ 10% de FOD. Lors de l'arrêt du moteur, soit par défaut, soit par arrêt programmé, celui-ci doit être rincer avec du FOD ou un analogue de celui-ci. En fin de cycle de production, le moteur doit tourner environ 10 minutes au FOD pour restituer le circuit d'injection propre. L'invention se rapporte également à une centrale pour la production d'énergie électrique comprenant au moins un moteur diesel pour tout moteur et toute puissance, chaque moteur présentant avantageusement un puissance supérieure ou égale à environ 9 kW. Chaque moteur diesel est alimenté avec deux circuits différents d'alimentation et de retour, l'un pour l'ester d'huiles de friture usagée mélangé à du FOD et l'autre pour du fioul domestique (FOD) ou un analogue de celui-ci comme le gaz- oll. Une pompe d'alimentation susceptible d'être utilisée sur un moteur diesel mis en #uvre dans la centrale de l'invention présente un débit de l'ordre de 6 m3 /h et une pression de l'ordre de 0,8 bar. Comme indiqué précédemment, chaque moteur est muni d'un moyen permettant de sélectionner l'un et/ou l'autre des combustibles, comme une vanne motorisée. Chacun des moteurs pour la mise en ouvre du procédé de l'invention comprend une pompe de rinçage en by- pass du moteur. En effet, l'ester d'huiles de friture présente un fort pouvoir corrosif qui nécessite de rincer le moteur, après chaque arrêt. En général, sur les moteurs diesel, il transite beaucoup plus de carburant que celui-ci n'en consomme. En conséquence, on aménage sur le circuit retour du moteur, un moyen de sélection du combustible non consommé, qui permet soit de le stocker, soit de la diriger vers l'alimentation du moteur mais sans le mélanger avec l'alimentation en FOD. Un tel moyen de sélection consiste de préférence en une vanne motorisée à trois voies. Sur ce circuit de retour, le carburant ayant transité dans le moteur étant chaud, il est avantageux d'installer une sonde de température qui régulera la vanne à trois voies pour gérer le carburant réchauffé qui a tendance à se figer à une température de plus de 2'C. Par ailleurs, le mélange d'ester d'huiles de friture usagées et de FOD ayant tendance à se séparer dans le temps, il est utile de faire fonctionner périodiquement les pompes d'alimentation pour assurer un brassage du combustible. L'invention concerne également l'utilisation d'huiles de friture usagées pour la préparation d'un combustible destiné à un réacteur à combustion pour la production d'énergie électrique. Cette utilisation selon l'invention est remarquable en ce qu'elle permet de recycler des déchets et offre une énergie renouvelable constituant une alternative écologique au carburant classique. Selon l'utilisation de l'invention, le combustible est constitué d'un ester, avantageusement d'un ester méthylique d'huiles de friture usagée éventuellement mélangé avec du fioul domestique ou un analogue de celui- ci. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront de l'exemple qui suit qui se apporte à la mise en ouvre d'une centrale de production autonome d'énergie électrique composée de 4 groupes électrogènes diesel. Chaque groupe électrogène est le modèle 3516 B de la gamme diesel des groupes électrogène de la société Caterpillar, à système de démarrage électrique automatique, consommant en tout 500 000 litres de carburant constitué de 90 % d'ester méthylique d'huiles de friture usagé et de 10 % de FOD. La puissance électrique unitaire est de 1420 kW, la tension de 400 volts et la fréquence de 50 Hz. Cette centrale es couplé au réseau électrique pour une vente totale de l'énergie à EDF. La puissance unitaire est de 1420 kW sortie centrale en version basse émission TA LUFT. Soit pour la centrale - Puissance Garantie Centrale (PG) : 5680 kW - Disponibilité (d) : 100 % - Puissance Garantie Contractuelle (PG x d) . 5680 kW. Cette centrale permet de valoriser environ 90 000 litres d'ester méthylique des huiles de friture usagées collectées par tranche de 1000 Kva. I - Le groupe électrogène . Le groupe électrogène est constitué de quatre moteurs diesel modèle 3516 B de Caterpillar dont les caractéristiques sont données ci-dessous, chacun muni d'alternateur Caterpillar et des équipements auxiliaires du groupe électrogène recommandé par Caterpillar. 1) Caractéristique du moteur . Les caractéristiques générales du moteur diesel modèle 3516 B de Caterpillar sont rapportées dans le tableau II ci-dessous. Tableau II Type Diesel refroidi par eau Cycle 4 temps Cylindrée 69 litres Course 190 mm Alésage 170 mm Diposition des cylindres 16 en V Suralimentation par 4 turbocompresseurs Nombre de soupapes par 4 cylindre Commande des soupapes Par culbuterie Injection Injecteur pompe électronique 2) Réglage dans le procédé de l'invention . Vitesse nominale : 1500 tr/min. Puissance maximale à 1500 tr/min : 1450 Kw En outre, le point éclair de l'ester d'huiles de friture usagées étant de l'ordre de 180 pour 120 dans le cas du FOD pour une puissance équivalente, la perte de rendement est de l'ordre de 10%. Il est donc nécessaire de prévoir des moteurs d'une puissance supérieure à celle annoncée par le constructeur. Ainsi, dans le cas du moteur diesel modèle 3516 B de Caterpillar, la puissance annoncée est de 1700 kW et la puissance obtenue est de 1450 kW. Il est également recommandé d'installer d'autres types d'injecteurs avec des orifices de passage de carburant largement plus important. 3) Equipement. Le moteur comprend les équipement suivants dont la plupart sont classiques pour un moteur diesel : Filtre à air, reniflard du carter d'huile, refroidisseur d'huile de graissage, filtre à huile de graissage, filtre à huile de graissage, pompe à huile à pignon entraînée par cascade distribution, carter de volant standard, anneaux de levage, raccords flexibles de combustibles, carter d'huile, pompe manuelle d'amorçage de combustible, pompes centrifuges de circulation de l'eau des chemises et du circuit d'admission (BT) entraînées par pignonerie, thermostats et boîtier thermostatiques sur circuit H.T, sens de rotation standard SAE, compteur d'entretien, sécurités, vidanges huile et eau par vannes, panneau de contrôle moteur, régulation diesel électronique par cerveau électronique ECM CAT, niveau d'huile visuel avec alarme, sécurité moteur (pression carter d'huile, basse pression d'huile, haute température d'eau, bas niveau eau circuit HT et BT, bas niveau eau, préalarme, circuit HT et BT, bas niveau d'huile, survitesse. Un moteur adapté au procédé de production d'énergie électrique à partir du combustible de l'invention doit permettre d'obtenir des pression d'injection très élevées, de l'ordre de 1500 bars avec le moteur 3516 B de Caterpillar, et des temps d'injection réduits qui se traduisent par une combustion optimale et une faible consommation. II - Electricité. 1) P artie électrique zone d'exploitation composée de - une armoire de contrôle / commande, - une armoire de couplage de l'installation sur le réseau, - une armoire de commande de tous les auxiliaires de l'installation, - un coffret de sécurité. 2) P artie matériel électrique HTA si utilisation en moyenne tension (20 000 V) composée de - une cellule arrivée réseau, - une cellule transformateur de tension - une cellule protection générale, - une cellule transformateur de tension du type TM, - une cellule par groupe. III - Mécanique . 1) Groupe électrogène. 2) Partie refroidissement et ventilation. 3) Partie insonorisation. 4) Circuit fioul - circuit alimentation, - circuit retour 5) Circuit combustible - circuit alimentation ester d'huiles de friture usagées, - circuit retour ester d'huiles de friture usagées. REVENDICATIONS 1) Procédé de production d'énergie à partir de déchets, caractérisée en ce que l'on alimente un réacteur à combustion interne avec un combustible comprenant au moins un ester d'huiles de friture usagées, en vue de produire de l'énergie électrique. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ester d'huiles de friture usagées est un ester méthylique. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le combustible comprend plus de 50% et jusqu'à 100% et de préférence de l'ordre dé 90% d'un ester d'huiles de friture usagées. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le combustible comprend moins de 50% et jusqu'à 0% et de préférence de l'ordre de 10% de fioul domestique ou d'un analogue de celui-ci. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réacteur est un moteur diesel de préférence un groupe électrogène diesel pour produire de l'électricité. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le groupe électrogène présente une puissance de comprise entre 9 kW et 5720 kW et de préférence de l'ordre de 1500 kW pour un régime compris entre environ 1000 tr/min. et 3000 tr/min. et une fréquence de l'ordre de 50 à 60 Hz. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on alimente le réacteur avec deux circuits différents d'alimentation, l'un pour l'ester d'huiles de friture usagée mélangé à du fioul domestique et l'autre pour du fioul domestique. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur est lancé avec du fioul domestique pendant une durée de l'ordre de 10 à 60 seconde et de préférence de l'ordre de 30 secondes, puis après le lancement, le moteur est alimenté en injectant un mélange comprenant d'ester d'huiles de friture usagées et de fioul domestique. 9) Une centrale pour la production d'énergie électrique comprenant au moins un moteur diesel, avantageusement un groupe électrogène diesel, présentant chacun une puissance supérieure ou égale à environ 9 kW, et en ce que chaque moteur diesel est alimenté avec deux circuits différents d'alimentation et de retour, l'un pour l'ester d'huiles de friture usagée mélangé à du FOD et l'autre pour du fioul domestique. . 10) Une centrale selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moteur est muni d'un moyen permettant de sélectionner l'un et/ou l'autre des combustibles, comme une vanne motorisée. 11) Une centrale selon la revendication 10, caractérisée en ce que le moteur est muni d'une pompe de rinçage en by-pass du moteur. 12) Une centrale selon l'une quelconque des revendications 9 ou 11, caractérisée en ce que le circuit retour du moteur est muni d'un moyen de sélection du combustible non consommé, qui permet soit de le stocker, soit de la diriger vers l'alimentation du moteur mais sans le mélanger avec l'alimentation en fioul domestique. 13) Utilisation d'huiles de friture usagées pour la préparation d'un combustible destiné à un réacteur à combustion pour la production d'énergie électrique. 14) Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce le combustible est constitué d'un ester, avantageusement d'un ester méthylique d'huiles de friture usagées éventuellement mélangé avec du fioul domestique ou un analogue de celui-ci.