Brevet FR2895418A1 — publié le 20070629

Domaine de l'invention L'invention est relative à des compositions de carburants pour moteurs diesel. Arrière-plan technoloqique Le développement de solutions "carburants" alternatives est d'une grande importance dans le contexte de diversification des sources énergétiques. Dans ce périmètre, les carburants ex-biomasse représentent une alternative de choix en raison du bilan CO2 qu'ils présentent. Toutefois, les caractéristiques intrinsèques des produits ex-biomasse pressentis pour des utilisations carburants les prédisposent pour des applications spécifiques. Il existe aujourd'hui deux grands types de biocarburants : la filière éthanol et la filière biodiesel. Les caractéristiques intrinsèques de l'éthanol le destinent traditionnellement au pool essence qui est excédentaire en Europe. L'autre type de biocarburants est les esters méthyliques ou éthyliques d'huiles végétales (EMHV ou EEHV), produits à partir d'huiles végétales issues par exemple de colza, tournesol, soja ou même palme. Inadaptées à l'alimentation directe des moteurs diesel modernes, les huiles végétales doivent être transformées par une opération de transestérification avec un alcool (méthanol ou éthanol), donnant ainsi les EMHV ou EEHV et de la glycérine. Par rapport à la filière éthanol, la filière biodiesel est pénalisée par le faible rendement à l'hectare des cultures de colza. Mais les besoins en biodiesel vont augmenter en raison de la diésélisation croissante du parc automobile européen. Dans ce contexte, trouver un débouché simple de gros volumes d'éthanol vers le pool gazole serait très pertinent. Inconvénient de la technoloqie actuelle L'inconvénient majeur rencontré aujourd'hui provient du fait que les propriétés de l'éthanol l'éloignent naturellement du pool gazole, en particulier du point de vue de l'indice de cétane, de la miscibilité, des risques de point d'éclair très faible en mélange, etc. A l'heure actuelle, les formulations de gazole utilisées dans la filière diesel sont de deux types. Le premier type consiste en une émulsion éthanol/gazole (environ 10-15 % d'éthanol). Cette solution nécessite l'ajout d'un tensioactif dans la formulation car l'éthanol n'est miscible dans le gazole qu'à hauteur de 1 ou 2 % uniquement, ce qui accroît de façon importante les coûts. D'autre part, d'importants problèmes sont rencontrés aux hautes pressions, en raison d'une grande instabilité des émulsions. Le deuxième type de formulation envisagé contient une teneur élevée en éthanol (plus de 90 %), et nécessite de grande quantité d'additifs pro-cétane, compte tenu de l'indice de cétane très faible de l'éthanol. Toutefois ces formulations posent des problèmes sur les systèmes d'injection, l'éthanol n'ayant pas de propriétés lubrifiantes et il est alors nécessaire d'adapter spécialement les véhicules pour ce type de carburant. Obiet de l'invention La présente invention propose de formuler un carburant diesel qui contient de fortes quantités d'éthanol, de préférence anhydre, en y associant les propriétés d'autres bases, de façon à éliminer les inconvénients cités ci-dessus. Le choix de bases ayant un indice de cétane élevé permet de compenser la réduction d'indice due à la présence d'éthanol dans la formulation du carburant. La composition de l'invention permet de valoriser directement de l'éthanol dans le 5 pool gazole, ce qui représente un intérêt tout particulier et un nouvel axe de valorisation de ce composé. Description détaillée de l'invention L'invention décrite dans la présente demande a pour objet de proposer une composition de carburant diesel qui permet l'incorporation directe de fortes quantités 10 d'éthanol en minimisant ou éliminant les inconvénients cités ci-dessus. L'idée consiste à associer les propriétés de certaines bases caractéristiques. Les bases utilisables peuvent être de différents types. On peut choisir d'utiliser un gazole "conventionnel" issu du raffinage ou issu de nouveaux procédés tels que l'hydrocraquage ou bien des carburants de synthèse obtenus à partir d'autres ressources 15 telles que le gaz naturel, le charbon et la biomasse. La voie GTL ("Gas to Liquid") utilisant la synthèse Fischer-Tropsch permet d'obtenir des produits pétroliers de très bonne qualité (indice de cétane supérieur à 60-65, pas d'aromatiques, pas de soufre). La voie CTL ("Goal to Liquid") est également envisageable et utilise une 20 technologie de liquéfaction indirecte. A partir de gaz de synthèse, des carburants liquides sont obtenus grâce au procédé Fischer-Tropsch. Si on utilise la biomasse comme ressource pour produire des carburants liquides de type pétrolier (BTL "Biomass to Liquid"), les matières premières collectées (résidus agricoles et forestiers) sont transformées en gaz de synthèse, puis en produits liquides 25 par le procédé Fischer-Tropsch. II est également possible d'utiliser comme base des huiles végétales très fortement hydrotraitées (NextL). Les huiles végétales très fortement hydrotraitées considérées conduisent à des coupes paraffiniques à haut indice de cétane, comparables aux coupes BTL. 30 La composition de carburant diesel selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend : de 10 à 20 % en volume d'éthanol de préférence anhydre; de 20 à 30 % en volume d'un mélange d'esters alkyliques d'huile végétale, par exemple méthyliques ou éthyliques (notés EMHV ou EEHV) ; et 35 - de 50 à 70 % en volume d'au moins une base gazole ou d'au moins une coupe gazole. La base ou coupe gazole peut être choisie par exemple parmi : o les bases gazole de type BTL ; o les huiles végétales très fortement hydrotraitées (rencontrées sous l'appellation NextL) ; o les coupes gazole de type GTL ; o les coupes gazole de type CTL ; o les gazoles d'hydrocraquage et o les gazoles "conventionnels". Le couple éthanol/esters alkyliques d'huile végétale est indissociable mais pourra être utilisé en proportions variables. Toutes les coupes hydrocarbonées proposées aux mélanges permettent de disposer d'une courbe de distillation proche de celle d'un gazole et aussi de combler le déficit de cétane lié à l'éthanol. Le choix des bases peut se faire en fonction du type de motorisation et de la nécessité d'utiliser un carburant à indice de cétane plus ou moins élevé. On donne dans le Tableau 1 les caractéristiques de gazoles de synthèse issus du procédé Fischer-Tropsch respectivement de type gazole GTL (Base 1) et gazole BTL (Bases 2 et 3). La présence d'esters alkyliques (par exemple méthyliques ou éthyliques) d'huile végétale (EMHV ou EEHV) a l'avantage d'assurer le rôle de compatibilisant de l'éthanol. Dans certains cas (base gazole BTL et huiles végétales fortement hydrotraitées), la composition de l'invention conduit à un carburant diesel qui peut provenir totalement de la biomasse. Le carburant diesel pourra contenir également des additifs couramment utilisés pour la formulation et l'utilisation des gazoles, tels que des additifs permettant d'améliorer les caractéristiques à froid, des additifs pro-cétane (par exemple des nitrates), des additifs détergents, des additifs anti-mousse. L'utilisation des compositions de carburant de l'invention sur un véhicule diesel permet, d'une manière générale de réduire considérablement les émissions de CO, d'hydrocarbures imbrûlés, d'oxydes d'azote (NOX) et de particules. Les compositions selon l'invention constituent des carburants diesel à haute performance. On peut notamment envisager avec profit leur utilisation directe sur flottes captives. Pour formuler les compositions de carburant selon l'invention, on peut d'une part réaliser un prémélange de l'éthanol avec les esters d'huiles végétales. L'ester joue alors 35 le rôle de solubilisant pour l'éthanol qui devient alors facilement intégrable à la base hydrocarbonée. Alternativement, on peut incorporer le mélange d'esters d'huile végétale à la base hydrocarbonée, puis ajouter l'éthanol. L'exemple suivant illustre l'invention sans en limiter la portée. Exemple On a utilisé le carburant ainsi formé sur un véhicule diesel, selon la procédure réglementée sur cycle nMVEG (New Motor Vehicle Exhaust Group). On a mélangé 20 parties en volume d'éthanol avec 30 parties en volume d'esters méthyliques d'huile végétale (huile de colza). On a ensuite introduit ce mélange dans 50 parties en volume d'une coupe paraffinique type BTL. Comparativement à un carburant Diesel classique, l'utilisation de ce carburant a permis de réduire les émissions de : de CO de 30 % de HC de 35 % de NOX de 18 % de particules de 60 % Tableau 1 Gazole Base 1 Base 2 Base 3 conventionnel Densité @15 C (kg/m3) 841,9 760,8 784,5 771,7 Indice de cétane 54,8 -83 >74 >74 PCI (kJ/kg) 43114 44237 43885 44396 C % masse 85,87 84,6 84,91 84,70 H % masse 13,46 15,0 14,97 15,08 O % masse 0,35 0,3 REVENDICATIONS 1. Composition de carburant diesel caractérisée en ce qu'elle comprend : -de 10 à 20 % en volume d'éthanol, de préférence anhydre ; - de 20 à 30 % en volume d'un mélange d'esters alkyliques d'huiles végétales ; et 5 de 50 à 70 % d'au moins une base gazole ou d'au moins une coupe gazole. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits esters alkyliques d'huiles végétales sont des esters méthyliques ou éthyliques. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la base gazole ou la coupe gazole choisie parmi : o les bases gazole de type BTL ; o les huiles végétales très fortement hydrotraitées ; o les coupes gazole de type GTL ; o les coupes gazole de type CTL ; o les gazoles d'hydrocraquage et o les gazoles conventionnels. 9. Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la base gazole est choisie parmi les bases gazole BTL et huiles végétales très fortement hydrotraitées. 10. Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle 20 comprend en outre au moins un additif choisi parmi les additifs permettant d'améliorer les caractéristiques à froid, les additifs pro-cétane, les additifs anti-mousse et les additifs détergents. 11. Procédé de formulation d'une composition de carburant diesel selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'on prépare dans une première étape un 25 pré-mélange constitué d'éthanol et d'esters alkyliques (par exemple méthyliques ou éthyliques) d'huiles végétales et en ce que ledit mélange est ensuite incorporé dans la coupe ou dans la base gazole. 12. Procédé de formulation d'une composition de carburant diesel selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'on incorpore d'abord les esters alkyliques 30 (par exemple méthyliques ou éthyliques) dans la coupe ou dans la base gazole et en ce que l'on ajoute l'éthanol au mélange ainsi formé. 10 158. Utilisation directe d'une composition de carburant diesel selon l'une des revendications 1 à 5 ou formulée selon l'une des revendications 6 et 7 sur une flotte captive.