Brevet FR2908760A1 — publié le 20080523

La présente invention a pour objet une installation de distribution de biocarburant à base d'alcools et plus particulièrement d'éthanol d'une station-service. La raréfaction du pétrole qui a pour corollaire la constante augmentation de son prix et la prise en considération croissante des problèmes liés à la préservation de l'environnement ont conduit les spécialistes à chercher à concevoir des sources d'énergie de substitution. Dans le domaine particulier de l'automobile, les biocarburants à base d'alcools, en particulier à base d'éthanol, qui sont en règle générale obtenus à partir de canne à sucre, de betteraves ou de céréales telles que le blé correspondent à une alternative particulièrement intéressante, car maintenant économiquement viable, ce d'autant plus qu'elle peut permettre de rentabiliser des déchets de l'agriculture et d'étendre les surfaces cultivables. Pour cette raison, les industriels étudient actuellement des moteurs dits flexfuel qui sont aptes à fonctionner à la fois avec des carburants d'origine pétrolière et avec des biocarburants à base d'alcools, en particulier à base d'éthanol pouvant avoir des compositions diverses. On verra ainsi apparaître et se généraliser dans un futur proche des installations de distribution de biocarburant dans le réservoir de tels véhicules spécialement conçus, similaires aux installations de distribution de carburant classiques mais équipées de pistolets distributeurs reliés à une cuve de stockage de biocarburant. D'une manière plus précise, de telles installations compor-25 tent : une cuve de stockage de carburant munie d'au moins un évent relié à l'atmosphère par un système de clapet bidirectionnel taré de préférence de forme non symétrique, un circuit de distribution de carburant comportant une pompe de dis- 30 tribution permettant de faire circuler le carburant avec un débit de liquide QL entre la cuve de stockage et le réservoir d'un véhicule ainsi que des moyens de comptage permettant d'établir le volume et le prix du carburant distribué, et un pistolet distributeur relié au circuit de distribution de carburant et 35 équipé d'un embout permettant de distribuer du carburant dans le ré- servoir d'un véhicule. Le système de clapet bidirectionnel équipant le ou les évent(s) de la cuve de stockage a pour fonction de permettre à la cuve de 2908760 2 respirer notamment en présence de variations de la pression atmosphérique ; ce système laisse ainsi échapper les vapeurs si la pression dans la cuve de stockage est supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple de 20 mbars à la pression atmosphérique ou à l'inverse permet à l'air de pé- 5 nétrer dans la cuve de stockage si la pression au sein de celle-ci est inférieure à un seuil prédéterminé et est par exemple inférieure de 10 mbars à la pression atmosphérique lors de débits liquides. Dans certains pays tels que le Brésil, de nombreux véhicules automobiles roulent déjà avec un biocarburant issu directement de la 10 fermentation de la canne à sucre et essentiellement constitué de 93 % d'éthanol et de 7 % d'eau. Les constructeurs proposent en effet actuellement sur le marché brésilien des véhicules automobiles spécialement adaptés à ce biocarburant. 15 Ces véhicules automobiles fonctionnent de manière globalement satisfaisante compte tenu des conditions climatiques régnant dans ce pays. Toutefois, si l'on utilisait un tel biocarburant dans des pays tempérés ou froids avec des moteurs proches des moteurs à essence ac- 20 tuellement proposés sur le marché européen, on se heurterait à de nombreux problèmes, en particulier lors du démarrage. En conséquence, les spécialistes cherchent actuellement à mettre au point, à titre d'alternative des biocarburants résultant d'un mélange d'alcools, en particulier d'éthanol d'origine végétale et de carbu- rants pétroliers standards. De tels biocarburants comme celui par exemple dénommé E85 renferment environ 85 % d'alcools en particulier d'éthanol et 15 0/0 de carburants pétroliers standards, mais ont des compositions qui peu-vent notablement varier compte tenu de leur adaptation été/hiver et du fait qu'ils sont fabriqués à partir de matières premières différentes selon leur site de production (principalement céréales, betteraves ou cannes à sucre) et que le coût élevé du transport de ces matières premières entraîne une grande répartition géographique des sites de production de ces biocarburants qui sont de préférence distribués à proximité de ces sites. De tels biocarburants renferment en règle générale, outre des carburants d'origine pétrolière classiques et de l'éthanol en proportions variables, du méthanol, des alcools supérieurs tels que le propanol ou le butanol, des esters correspondant à des résidus de fermentation, de 2908760 3 l'acide acétique, et une quantité non négligeable d'eau, en règle générale de l'ordre de 0,3 %. Pour permettre leur adaptation à de tels biocarburants à base d'alcools, en particulier d'éthanol, les moteurs dits flexfuel sont 5 équipés de sondes de détection de cliquetis, de sondes lambda et de calculateurs susceptibles d'adapter les paramètres de commande (avance à l'allumage, richesse du carburant, quantité de mélange de carburant introduite en fonction de la puissance demandée...) à la composition de ces biocarburants. 10 Cependant, si les solutions aux problèmes d'adaptation des moteurs à essence classiques aux biocarburants à base d'alcools, en particulier d'éthanol, sont relativement bien connues, il n'en n'est pas de même des problèmes auxquels on se heurte lorsque l'on cherche à adapter à ces biocarburants des installations précédemment utilisées pour des 15 carburants d'origine pétrolière. En effet, de tels carburants classiques qui renferment une quantité d'eau pratiquement nulle, au maximum de l'ordre de 0,5 ppm, peuvent être considérés comme physiquement et chimiquement inertes vis-à-vis de la plupart des métaux et ne peuvent en particulier pas donner 20 lieu à des phénomènes de corrosion électrochimique. Par suite, les installations de distribution qui ont été conçues pour ces carburants sont, pour des raisons économiques évidentes, essentiellement réalisées en des métaux peu coûteux comme le fer, l'acier ordinaire, l'acier zingué, le zinc, l'aluminium, le cuivre et leurs alliages tels 25 que le zamak ou le laiton. Or, si l'on utilise des installations ainsi conçues pour la distribution de biocarburants à base d'alcools, en particulier à base d'éthanol, qui renferment une proportion non négligeable d'eau légèrement acidifiée ainsi que des résidus de fermentation tels que des esters, on fa- 30 vorise la mise en oeuvre de réactions chimiques et électrochimiques en-traînant des phénomènes de corrosion et à plus ou moins long terme une destruction de l'installation. En particulier, la mise en présence de couples de métaux ayant des potentiels électrochimiques significativement différents et d'un 35 fluide conducteur (notamment du zinc, du cuivre et une solution aqueuse acidifiée) crée des phénomènes d'électroconductivité qui peuvent être importants et entraîner une corrosion très rapide. 2908760 4 En outre, l'aluminium peut migrer légèrement dans un biocarburant à base d'alcools, en particulier d'éthanol, et donner lieu, en conséquence à des dépôts d'aluminium dans les moteurs des véhicules, ce qui peut réduire progressivement leur efficacité, jusqu'à causer des pan5 nes inacceptables. Par suite, l'adaptation des installations de distribution de carburant classiques aux biocarburants à base d'alcools, en particulier d'éthanol, implique, dans la mesure du possible, soit le remplacement de certaines pièces de ces installations susceptibles d'être corrodées à court 10 terme par ce biocarburant et en particulier la suppression des pièces en des métaux tels que le zinc, le cuivre, et leurs alliages, soit leur protection par des procédés de traitement de surface susceptibles de les passiver vis-à-vis des biocarburants, comme par exemple l'anodisation épaisse de l'aluminium ou le nickelage ou encore le chromage. 15 Il n'est toutefois pas possible d'éliminer ainsi tous les phénomènes de corrosion à long terme auxquels sont en particulier sujettes les pièces à base d'alliages peu onéreux non spécifiés utilisés dans les installations existantes. Or, l'importance de ces phénomènes croît avec la proportion 20 d'eau dans le biocarburant. L'eau ainsi présente est dissoute dans les alcools. Si la proportion d'eau ainsi dissoute est inférieure à 1 %, le mélange alcools/eau est miscible à un carburant d'origine pétrolière classique. 25 Au contraire, si la proportion d'eau augmente, celle-ci de-meure miscible aux alcools, mais on peut observer une séparation progressive du biocarburant en deux phases, à savoir une phase alcools/eau et une phase correspondant à la quantité de carburant d'origine pétrolière présente dans le biocarburant. 30 On peut envisager d'ajouter des agents stabilisants au biocarburant, mais de tels agents ne permettent d'augmenter que légèrement la quantité d'eau acceptable sans observer de démixtion. Il est par suite essentiel que la proportion d'eau dissoute dans les alcools soit réduite au maximum acceptable par la norme offi-35 cielle de spécification du carburant (exemple 0,3 %). Un autre phénomène auquel on peut être confronté dans les installations de distribution de biocarburant à base d'alcools, en parti- 2908760 5 culier d'éthanol est lié au caractère très hygroscopique de ces alcools qui ont tendance à absorber toute l'eau de l'atmosphère ambiante. Il est donc essentiel qu'une telle installation soit étanche à l'eau et ne permette aucune infiltration d'eau, ni sous forme liquide ni 5 sous forme vapeur. Il est en particulier nécessaire de prévenir toute introduction d'humidité dans l'air présent au niveau des cuves de stockage du biocarburant. En effet, et comme il a déjà été indiqué, ces cuves sont des 10 réservoirs ouverts à l'atmosphère par des évents susceptibles de s'ouvrir vers l'extérieur en présence de variations de la pression atmosphérique. Dans ce contexte, l'invention a pour objet de proposer une installation de distribution de biocarburant à base d'alcools, en particulier d'éthanol, essentiellement étanche à l'eau de nature à remédier aux inconvénients susmentionnés. Selon l'invention, une telle installation est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de protection permettant de prévenir l'introduction d'eau dans l'ensemble des différents constituants de celle-ci, en particulier dans la cuve de stockage de biocarburant et dans le circuit 20 de distribution de biocarburant, et de détecter sa présence accidentelle. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les moyens de protection comportent un détecteur de présence d'eau principal monté au fond de la cuve de stockage de biocarburant. Les moyens de protection comportent également de préfé- 25 rence un détecteur de présence d'eau auxiliaire monté sur le circuit de distribution de biocarburant, à proximité du pistolet distributeur. Ce(ces) détecteur(s) peut(vent) avantageusement fonctionner sur la base de mesures de conductivité ou par coulométrie. La conductivité augmente en effet rapidement avec la pré- 30 sence d'eau liquide, et est à titre d'exemple égale à 1,3510-9 SZ 1 m-1 dans le cas d'un mélange de 85 % d'éthanol et de 15 % d'eau alors qu'elle est de l'ordre de 1044 S2 1 m-' pour une essence classique et de l'ordre de 1042 S2 1 m-1 pour un carburant diesel classique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens 35 de protection comportent des moyens d'alarme et de commande qui coopèrent avec le(les) détecteur(s) de présence d'eau pour déclencher une alarme visuelle ou sonore et arrêter la distribution de biocarburant en ré- ponse à la détection de la présence d'une quantité d'eau supérieure à une 2908760 6 quantité prédéfinie dans la cuve de stockage de biocarburant ou dans le circuit de distribution de biocarburant. En présence d'une telle alarme visuelle ou sonore, l'exploitant de la station-service fait intervenir le service de maintenance 5 qui effectue un nettoyage de l'installation de distribution et renvoie le biocarburant contenu dans la cuve de stockage vers le raffineur de façon à effectuer son traitement. Une telle alarme peut également être envoyée de l'installation de distribution vers une console électronique, si une telle 10 console est présente sur la station-service. Cette console peut retransmettre ensuite cette information vers un site central par un réseau de télécommunications. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de protection comportent au moins un filtre absorbeur d'humidité monté 15 au niveau de l'évent de la cuve de stockage de biocarburant. Un tel filtre qui peut avantageusement être à base de silicate permet de limiter l'entrée d'eau lors du phénomène de respiration de la cuve de stockage, en particulier suite à des variations de la pression atmosphérique. 20 Ces filtres absorbeurs d'humidité peuvent avantageusement être équipés de détecteurs de saturation de manière à permettre leur rem-placement en cas de nécessité et le cas échéant capables de transmettre cette information à la console électronique si la station-service est équipée d'une telle console. 25 Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, l'installation de distribution de biocarburant comporte simultanément : un circuit de récupération ou d'aspiration de vapeur comportant une pompe de récupération ou d'aspiration permettant de faire circuler la vapeur émise lors du remplissage du réservoir entre celui-ci et la cuve 30 de stockage avec un débit de vapeur Qv éventuellement mesuré par un débitmètre vapeur de façon à prévenir l'entrée d'air humide externe dans l'installation, et une électronique de commande équipée d'un microprocesseur connectée aux moyens de comptage de façon à disposer de la valeur instanta- 35 née du débit de liquide QL et coopérant avec des moyens de réglage du débit de vapeur Qv branchés sur le circuit d'aspiration de vapeur de façon à maintenir le débit de vapeur Qv approximativement égal au débit de liquide QL. 2908760 7 Selon l'invention, le pistolet distributeur est relié au circuit de récupération de vapeur et équipé d'un orifice annulaire autorisant l'aspiration des vapeurs vers la cuve de stockage du biocarburant. De telles installations de distribution équipées d'un système 5 de récupération ou d'aspiration de vapeur sont connues en elles-mêmes. Leur généralisation dans le cas d'installations de distribution de biocarburant permet d'éviter la présence au niveau du ciel des cuves de stockage d'une masse d'air comportant une proportion non négligeable d'humidité qui, mise en contact avec la surface du biocarburant, serait rapidement absorbée par les alcools, en particulier par l'éthanol qu'il contient, et qui, au cours du temps, sur une durée de plu-sieurs mois, amènerait en fond de cuve une couche eau/alcools susceptible d'être à un moment quelconque délivrée à un véhicule automobile. En effet, en présence d'un système de récupération de vapeur, le ciel des cuves de stockage est essentiellement constitué de va-peurs de biocarburant provenant des réservoirs des véhicules automobiles. Il est à noter que lors du remplissage des cuves de stockage de biocarburant ou dépotage , il n'y a aucune introduction d'air dans 20 celles-ci vu que ces cuves sont complètement remplies et que les gaz constituant le ciel de cuve sont donc retransférés en totalité par une canalisation spéciale dans le camion de transport. Les caractéristiques de l'installation de distribution de biocarburant qui fait l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se 25 référant au dessin annexé qui est un schéma représentant une telle installation. Selon la figure, une telle installation, qui est connue en elle-même, est équipée d'un distributeur 10 sur lequel est monté un pistolet 1 comportant un orifice annulaire 28 permettant la distribution du biocar- 30 burant liquide par un tuyau flexible annulaire 2 et l'aspiration des va-peurs émises par un conduit coaxial 3. Le biocarburant liquide et les vapeurs sont séparés au ni-veau d'un séparateur 4. Le biocarburant est stocké dans une cuve souterraine à 35 double enveloppe 5. Cette cuve 5 renferme à sa partie inférieure du carburant liquide 6 et à sa partie supérieure un ciel gazeux 7. 2908760 8 Le biocarburant liquide 6 stocké dans la cuve 5 est aspiré selon la flèche A par une pompe aspirante refoulante 8 montée dans un circuit de distribution de biocarburant liquide comportant une canalisation de distribution 9 plongeant dans la cuve 5. 5 A son extrémité opposée à la cuve 5, cette canalisation de distribution 9 est équipée du séparateur liquide/vapeur 4 en aval duquel le flux de biocarburant est canalisé dans le flexible 2 puis distribué par le pistolet distributeur 1 avec un débit de liquide QL. La quantité distribuée est déterminée par un débitmètre 11 10 branché sur la canalisation de distribution 9 et coopérant avec une électronique de commande 12 équipée d'un microprocesseur et connectée à des moyens de comptage de façon à permettre d'afficher le volume et le prix du biocarburant distribué sur un écran 29 du distributeur 10. Pendant la distribution, une pompe de récupération de va- 15 peur 13 montée sur une canalisation de récupération 14 permet d'aspirer selon la flèche B les vapeurs issues du réservoir en cours de remplissage depuis le pistolet distributeur 1 de façon à les transférer dans la cuve de stockage 5. Ces vapeurs sont ainsi canalisées au travers de la partie 20 centrale 3 du flexible 2/3 jusqu'au séparateur liquide/vapeur 4 puis dans la canalisation de récupération 14 qui relie le séparateur 4 à la cuve de stockage 5. Les vapeurs refoulées par la pompe de récupération 13 dans la cuve de stockage 5 selon la flèche B viennent ainsi occuper le vo- 25 lume exact libéré par le biocarburant distribué de sorte que la pression dans la cuve de stockage 5 reste voisine de la pression atmosphérique Pa. Le débit Qv des vapeurs aspirées est constamment mesuré par un débitmètre vapeur 15. De façon connue en elle-même, pour assurer une efficacité 30 de récupération des vapeurs émises voisines de 100 %, il faut, à chaque instant de la distribution, que le débit de vapeur Qv soit égal au débit de liquide QL. Les installations de distribution de biocarburant sont ainsi équipées de façon connue en elle-même de moyens de réglage du débit de 35 vapeur Qv branchés sur le circuit de récupération de vapeur de nature à permettre de garantir constamment cette égalité. L'efficacité de la récupération de vapeur E% qui est définie par le rapport 100 (Qv/QL) n'est en fait jamais parfaitement égal à 100 %. 2908760 9 Compte tenu de cette situation et pour compenser d'éventuelles variations de la pression atmosphérique, la cuve de stockage 5 est munie d'un évent 16 et est reliée à l'atmosphère par un système de clapet bidirectionnel 17. 5 Ce système laisse échapper les vapeurs selon la flèche C si la pression des vapeurs 7 dans la cuve de stockage 5 qui est mesurée par un capteur 18 relié à l'électronique de commande 12 est supérieure à un seuil prédéterminé, ou à l'inverse permet à l'air de pénétrer dans la cuve de stockage 5 si la pression au sein de celle-ci est inférieure à un seuil 10 prédéterminé. Comme il a déjà été indiqué ci-dessus, dans une installation de distribution de biocarburant à base d'alcools, en particulier d'éthanol du type susmentionné, il est nécessaire de prévenir l'introduction d'eau en particulier dans la cuve de stockage 5 et dans la 15 canalisation de distribution 9 et de détecter sa présence accidentelle. A cet effet, l'installation est équipée de deux détecteurs de présence d'eau, à savoir un détecteur de présence d'eau principal 19 monté au fond de la cuve de stockage 5 et un détecteur de présence d'eau auxiliaire 20 monté sur la canalisation de distribution 9 à proximité du 20 pistolet distributeur 1. Le détecteur de présence d'eau principal 19 permet en particulier de détecter la présence d'une couche d'un mélange eau/alcools 21 susceptible de se rassembler au fond de la cuve de stockage 5. Les deux détecteurs 19, 20 sont reliés à l'électronique de 25 commande 12 qui actionne des moyens d'alarme et de commande 22 pour déclencher une alarme visuelle ou sonore et arrêter la distribution de biocarburant en réponse à la détection de la présence d'une quantité d'eau supérieure à une quantité prédéfinie à la partie inférieure 21 de la cuve de stockage 5 ou dans la canalisation de distribution 9. 30 L'électronique de commande 12 envoie parallèlement une téléalarme à une console électronique 23 équipant la station-service qui retransmet ensuite cette information vers un site central par un réseau de télécommunications comme schématisé par la flèche D. De telles alarmes entraînent l'intervention d'un service de 35 maintenance qui effectue un nettoyage de l'installation de distribution de biocarburant et renvoie le biocarburant 6 contenu dans la cuve de stockage 5 vers le raffineur de façon à effectuer son traitement. 2908760 i0 Selon la figure, l'évent 16 est par ailleurs équipé d'un filtre absorbeur d'humidité 24 qui a pour fonction de permettre de limiter l'entrée d'eau dans la cuve de stockage 5 lorsque le système de clapet bidirectionnel 17 est ouvert. 5 Ce filtre absorbeur d'humidité est équipé d'un détecteur de saturation 25 relié à l'électronique de commande 12 qui envoie en retour une alarme aux moyens d'alarme et de commande 22 et à la console électronique 23 lorsqu'il s'avère que le filtre 24 est saturé et doit donc être remplacé. io Selon la figure, la cuve de stockage 5 est également équipée d'une conduite de dépotage 26 permettant la livraison de biocarburant dans celle-ci selon la flèche E à partir d'un camion de livraison. Il est à noter que lors de cette opération de dépotage de la cuve de stockage 5, il n'y a aucune introduction d'air dans celle-ci vu 15 qu'elle est totalement remplie et que les gaz qui constituaient le ciel de cuve 7 avant le remplissage sont retransférés en totalité dans le camion de livraison par une dérivation de l'évent 16, ce par l'intermédiaire d'une canalisation spéciale 27 selon la flèche F. 20 REVENDICATIONS 1 ) Installation de distribution de biocarburant à base d'alcools en particulier d'éthanol comportant : une cuve de stockage de biocarburant (5) munie d'au moins un évent 5 (16) relié à l'atmosphère par un système de clapet bidirectionnel taré (17), un circuit de distribution de biocarburant comportant une pompe de distribution (8) permettant de faire circuler le biocarburant avec un dé-bit de liquide QL entre la cuve de stockage (5) et le réservoir d'un véhicule ainsi que des moyens de comptage permettant d'établir le volume et le prix du biocarburant distribué, et un pistolet distributeur (1) relié au circuit de distribution de biocarburant et équipé d'un embout permettant de distribuer du biocarburant dans le réservoir d'un véhicule, 15 caractérisé en ce qu' elle comporte des moyens de protection (19, 20, 24, 25) permettant de prévenir l'introduction d'eau dans l'ensemble des différents constituants de celle-ci, en particulier dans la cuve de stockage (5) et dans le circuit de distribution de biocarburant et de détecter sa présence accidentelle. 20 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de protection comportent un détecteur de présence d'eau principal (19) monté au fond de la cuve de stockage de biocarburant (5). 25 3 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de protection comportent un détecteur de présence d'eau auxiliaire (20) monté sur le circuit de distribution de biocarburant à 30 proximité du pistolet distributeur (1). 4 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le(les) détecteur(s) de présence d'eau (19, 20) fonctionne(nt) sur la base de 35 mesures de conductivité. 5 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 2908760 12 les moyens de protection comportent des organes d'alarme et de commande (22) coopérant avec le(les) détecteur(s) de présence d'eau (19, 20) pour déclencher une alarme visuelle ou sonore et arrêter la distribution de biocarburant en réponse à la détection de la présence d'une quantité d'eau supérieure à une quantité prédéfinie dans la cuve de stockage de biocarburant (5) ou dans le circuit de distribution de biocarburant. 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de protection comportent au moins un filtre absorbeur d'humidité interchangeable (24) monté au niveau de l'évent (16) de la cuve de stockage de biocarburant (5). 7 ) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le(les) filtre(s) absorbeur(s) d'humidité (24) est(sont) équipé(s) de détecteurs de saturation (25) susceptibles de générer une alarme visible ou sonore et transmissible soit aux organes d'alarme et de commande (22) soit à une console électronique de surveillance (23). 8 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu' elle comporte : un circuit de récupération ou d'aspiration de vapeur comportant une pompe de récupération ou d'aspiration (13) permettant de faire circuler la vapeur émise lors du remplissage du réservoir entre celui-ci et la cuve de stockage (5) avec un débit de vapeur Qv éventuellement mesuré par un débitmètre vapeur (15) de façon à prévenir l'entrée d'air humide externe dans l'installation, et une électronique de commande (12) équipée d'un microprocesseur et connectée aux moyens de comptage de façon à disposer de la valeur instantanée du débit de liquide QL et coopérant avec des moyens de réglage du débit de vapeur Qv branchés sur le circuit d'aspiration de va-peur de façon à maintenir le débit de vapeur Qv approximativement égal au débit de liquide QL, le pistolet distributeur (1) étant relié au circuit de récupération de va-peur et équipé d'un orifice annulaire autorisant l'aspiration des va-peurs vers la cuve de stockage (5).