Brevet FR2911863A1 — publié le 20080801

La présente invention concerne la distribution de carburant comprenant essentiellement du bioéthanol. 15 L'arrivée sur le marché des carburants du bioéthanol, d'une part afin de lutter sur les gaz à effet de serre, et d'autre part afin de mettre sur le marché un carburant de substitution aux carburants fossiles, a fait apparaître quelques difficultés. En effet l'éthanol, bio ou non, est un alcool. L'alcool a comme 20 particularité d'être complètement miscible dans l'eau. Les essences d'origine fossiles ne sont pas miscibles, ou très peu, et leur densité est différente de l'eau. Pour distribuer du carburant contenant une forte proportion d'alcool, il faut veiller à préserver la nature de cet alcool et sa concentration dans le 25 carburant vendu. Une adjonction d'eau accidentelle serait dramatique à plusieurs titres, par exemple : • détérioration des moteurs ayant été alimentés par un produit non conforme à son cahier des charges. • obligation de destruction de la quantité de produit restant dans les 30 cuves. • coût générés par des accidents pris en charge par les assurances. • immobilisation des véhicules ayant subit un problème dû aux ravitaillement du carburant impropre. 1 35 Or, on peut identifier plusieurs causes d'adjonction d'eau dans l'éthanol : ^ Le produit livré contient déjà de l'eau, le problème se situe entre le dépôt et la station. ^ le produit livré est conforme, mais de l'eau se mélange au carburant par une infiltration entre le sol et l'intérieur de la cuve. ^ La condensation de l'eau de l'air ambiant contenu dans la cuve de bioéthanol provoque un mélange d'eau et de carburant. Si les deux premières causes peuvent être résolues par des mise en oeuvre appropriées pour le transport ou la fabrication des cuves, il n'y a pas de solution connue pour contrôler la condensation de l'eau dans les circuits en communication avec la cuve de bioéthanol, notamment dans le domaine de la distribution de carburant automobile. Ainsi, la présente invention concerne une installation de stockage de carburants comportant au moins une cuve de carburant à base de bioéth.anol, par exemple du E85, ladite cuve comportant au moins des moyens de soutirage du carburant, des moyens de remplissage, et un conduit d'évent en communication avec un collecteur de gaz pouvant être en communication avec les évents d'autres cuves de stockage de carburant et de la cuve d'un camion de chargement. L'installation comporte des moyens de déshumidification des gaz passant par le conduit d'évent de la cuve de bioéthanol comprenant: - un échangeur frigorifique destiné à geler l'eau et à condenser les vapeurs de carburant, ou condensats; - des moyens de collecte des condensats; - des moyens de dégivrage et de collecte de l'eau de dégivrage. Les moyens de déshumidification peuvent comporter un bac de réception des fluides condensats et eau de dégivrage provenant dudit échangeur, et deux vannes de distribution pour évacuer les condensats séparément de l'eau. Les moyens de dégivrage peuvent comporter des moyens de contrôle des vannes de façon à fermer la vanne d'évacuation des condensats avant le dégivrage tout en ouvrant la vanne d'évacuation de l'eau. Un conduit de collecte des gaz peut relier le pistolet de distribution à 35 une cuve de carburant essence. Tous les conduits d'évent de chacune des cuves de carburant peuvent traverser un échangeur frigorifique de manière à condenser les vapeurs de carburants. Les conduits d'évent de la cuve de gazole et de la cuve de biocarburant peuvent être en communication. L'invention concerne également un procédé de distribution de carburant à partir d'une installation de stockage de carburants comportant au moins une cuve de carburant à base de bioéthanol, ladite cuve comportant au moins des moyens de soutirage du carburant, des moyens de remplissage, et un conduit d'évent en communication avec un collecteur de gaz pouvant être en communication avec les évents d'autres cuves de stockage de carburant et de la cuve d'un camion de chargement. Selon le procédé, on effectue les étapes suivantes: - on déshumidifie des gaz passant par le conduit d'évent de la cuve de bioéthanol en les faisant traverser un échangeur frigorifique destiné à geler 20 l'eau et à condenser les vapeurs de carburant, ou condensats; - on collecte lesdits condensats que l'on déverse dans une cuve de carburant essence, - on effectue un dégivrage de l'échangeur frigorifique et on collecte de l'eau de dégivrage pour la déverser hors des cuves. 25 L'invention combine la condensation des vapeurs de carburant, hydrocarbure ou à base de bioéthanol avec le séchage de l'air par le froid. Pour cela on abaisse la température de l'air entrant dans la cuve pour transformer l'eau en givre. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations, nullement limitatifs, et illustrée par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: 30 - la figure 1 montre une cuve de bioéthanol et ses circuits de remplissage et de vidage; - la figure 2 est une vue représentant une station service en cours de remplissage de ses cuves, dont une cuve de bioéthanol. - la figure 3 représente une partie de l'installation de la figure 2 en cours de vidage de ses cuves. Sur la figure 1, la cuve 1 est destinée à contenir un carburant à base de bioéthanol. Pour son remplissage, elle possède une canalisation 2 qui se raccorde au flexible de chargement d'un camion citerne. Afin de chasser l'air contenu dans la cuve, celle-ci est équipée d'un 15 conduit d'évent 3 équipé d'un échangeur 4. Afin de respecter la réglementation, les gaz d'évent sont collectés par le moyen d'un collecteur 5 dont une sortie permet de raccorder une conduite 7 qui amène ces gaz à la citerne du camion d'approvisionnement. Pour des raisons de sécurité la conduite d'évent 3 est surmontée d'une 20 soupape de sécurité 6 permettant de contrôler la pression des gaz dans la cuve. En effet, lorsque la cuve est remplie, il convient de laisser entrer de l'air dans la cuve pour compenser le volume de liquide débité à ].a pompe afin d'éviter de mettre en dépression la cuve. Egalement, lorsque la cuve vide est, en approvisionnement, il convient de 25 pouvoir évacuer l'air (les gaz) contenu(s) dans la cuve. Ce volume de gaz est normalement repris par le camion grâce à la conduite 7. Ainsi, une surpression dans la cuve n'est pas possible. La soupape 6 de sécurité fonctionne dans les deux sens de surpression ou dépression dans la cuve. 30 Selon le procédé et le système de la présente invention, la mise en oeuvre se déroule comme suit: - Lors d'une livraison d'un carburant à base de bioéthanol par vidage gravitationnel du produit par la canalisation 2, la cuve 1 se remplit en chassant le volume équivalent de gaz par le conduit d'évent 3. Ces gaz traversent un échangeur 4 dont la zone froide est fournie par un compresseur du type frigorifique, non décrit ici car à la portée de l'homme du métier. En traversant cet échangeur, les molécules de carburant contenues dans le gaz sont condensées. Le condensat est envoyé dans un récipient 8. Par exemple, ce récipient peut fonctionner sur le même principe qu'une chasse d'eau. Lorsque le liquide atteint un niveau déterminé, une vanne 111 s'ouvre pour évacuer ces condensats de carburant vers une cuve appropriée par le conduit 110. Conjointement, le passage des gaz dans l'échangeur a transformé les particules d'eau, par exemple dues à l'humidité de l'air ambiant, en givre sur 15 les parois de l'échangeur 4. Ainsi, l'invention permet, en combinaison, de récupérer sous forme liquide des vapeurs de carburant et de retirer l'eau contenu dans le gaz en contact avec un carburant miscible dans l'eau. Lorsque l'opération de livraison est achevée, un cycle de dégivrage de la 20 machine est lancé. Le cycle de dégivrage consiste à faire fonctionner la machine produisant du froid à l'envers, selon le même principe que les climatisations réversibles. La glace sous forme de givre fond et s'écoule dans le récipient 8. Une vanne 112 sur un conduit spécifique d'évacuation d'eau 9 s'ouvre pour évacuer l'eau vers un réservoir, par exemple le bac de décantation 25 de la station service. Pour ne pas remettre en solution les condensats recueillis dans le récipient 8 avec l'eau du dégivrage, l'étape de dégivrage peut commencer par l'évacuation complète des condensats par le conduit 110. A la fin du dégivrage, on ferme la vanne 112. On note que lors de la première livraison si la cuve de la station est 30 remplie correctement, le ciel gazeux est d'un volume très limité, donc le volume d'air humide est faible. On considère que le taux d'eau en contact avec le carburant bioéthanol sera faible et négligeable. Lorsque la cuve est vidée par les automobilistes se ravitaillant en carburant, de l'air extérieur vient remplacer le volume de produit soutiré, 35 acheminé par l'évent 3, soit par l'entrée d'air fournie par la soupape 6, soit par le collecteur 5 existant sur une station délivrant d'autres produits, du type essence. Cet air venant remplacer le volume vendu passe obligatoirement par l'échangeur 4 maintenu en froid par le circuit frigorifique approprié. L'air entrant éventuellement chargé d'humidité ambiante est débarrassé de l'eau en formant du givre. De l'air sec est donc acheminé dans la cuve, de ce fait il ne peut y avoir de condensation naturelle dans la cuve, et donc peu de miscibilité d'eau dans le carburant bioéthanol. Le système comprend des cycles de dégivrage périodiques programmés, combinés avec les fonctionnements des vannes d'évacuation 111 et 112. La figure 2 montre une variante dans laquelle le système selon l'invention est intégré à un ensemble de cuves de carburant essence et gazole c1 à C4. Sur la figure 2 est représentée une station-service S comprenant quatre cuves Cl, C2, C3, C4, et une cuve de bioéthanol 1, d'une installation de stockage I, destinées à contenir chacune un carburant prévu pour être distribué à partir de volucompteurs ou pompes , dont un seul, référencé P, est représenté. Les cuves Cl, C2 et C3 sont destinées à contenir des carburants légers, à savoir de l'essence 98 , de l'essence 95 . La cuve C4 est, quant à elle, destinée à contenir un carburant lourd, à savoir du gazole, qui se distingue des carburants légers des cuves Cl, C2, C3 par sa moins grande volatilité. La cuve 1, selon la figure 1 contient un carburant à base d'éthanol. Dans la configuration représentée à la figure 2, la cuve Cl est en cours de remplissage à partir d'une citerne 10 d'un camion de livraison, comme représenté par les flèches F1. De manière connue, un tuyau d,e dépotage 11 relie la citerne 10 à la cuve Cl dans laquelle est par exemple disposée une jauge non représentée. Un conduit d'évent 12 a son orifice d'entrée 12a disposé en partie supérieure de la cuve Cl pour collecter les gaz d'évent résultant de l'opération de remplissage. La circulation de ces gaz d'évent est représentée par les flèches F2. Le conduit d'évent 12 est muni, dans sa partie courante, d'un condenseur 13 et est raccordé, au niveau de son orifice de sortie 12b, à un collecteur 14 pourvu d'un clapet de sécurité 15 pour mettre à l'air libre le collecteur en cas de surpression ou de dépression gazeuse. La sortie 14A du collecteur 14 est raccordé par un conduit de recyclage 19 à un réseau 16 de répartition gazeuse à l'intérieur de la citerne 10 (plus particulièrement visible sur la figure 3), de façon que le condenseur 13 soit intégré dans une ligne de collecte des évents de la cuve Cl en direction de la citerne, cette ligne étant formée de la réunion du conduit d'évent 12, du collecteur 14, du conduit 19 et du réseau 16. Comme expliqué en détail dans WO-A-03/006358, les gaz d'évent circulant dans la conduite 12 sont refroidis dans le condenseur 13 et y sont ainsi déchargés de leurs particules de carburant qui se condensent et s'écoulent vers la cuve Cl comme représenté par les flèches F3. Pour rejoindre cette cuve, les condensats circulent dans un conduit d'évacuation spécifique 17 représenté en traits mixtes, ou bien, en variante, s'écoulent dans le conduit d'évent 12, notamment au moyen d'un capillaire, soit par simple gravité, soit de manière forcée au moyen d'une pompe non représentée. En variante non représentée, le conduit d'évacuation 17 est relié au tuyau de dépotage 11 de manière à favoriser l'écoulement des condensats par effet Venturi provoqué par l'écoulement du carburant dépoté depuis la citerne 10. Les cuves Cl, C2, C3 et C4 de l'installation I sont chacune équipées d'un conduit d'évent 22, 32, 42 débouchant en sortie dans le collecteur 14 qui est donc commun à tous les conduits d'évents 12, 22, 32 et 42, dans le sens où les gaz peuvent passer de n'importe quel conduit à l'autre via ce collecteur. Le collecteur 14 est de préférence équipé de moyens de répartition des gaz qui le traversent, sensibles à la pression gazeuse régnant dans les différents conduits d'évent 12, 22, 32 et 42 : si la pression régnant dans un de ces conduits d'évent est supérieure à celles régnant dans les autres conduits, ces moyens de répartition équilibrent ces pressions gazeuses en permettant à une partie des gaz du conduit en pression de passer dans les conduits de moindre pression. Le conduit d'évent 3 de la cuve 1 est relié au conduit d'évent 42 de la cuve de gazole. De manière connue, les conduits d'évent 22 et 32 associés aux cuves C2 et C3 de carburant léger sont chacun équipés d'un condenseur 23 et 33 sensiblement analogue au condenseur 13. Chaque condenseur 23 et 33 est raccordé à un conduit d'évacuation de condensats 27 et 37, analogue au conduit; 17 associé au condenseur 13 et adapté pour diriger les vapeurs condensées en sortie de chaque condenseur respectivement vers les cuves C2 et C3. Contrairement aux installations connues, le conduit d'évent 42 associé à la cuve de gazole C4 est également équipé d'un condenseur 43. Ce condenseur 43 est implanté de façon analogue à celle du condenseur 13 du conduit 12, mais se distingue de ce condenseur 13 par son dimensionnement. Plus précisément, la capacité de refroidissement du condenseur 43 est nettement inférieure à celle des condenseurs 13, 23 et 33. Le conduit d'évent 3 étant relié en amont du condenseur 43, tous les gaz de la cuve 1 passent à travers ledit condenseur 43. Comme les autres condenseurs 13, 23 et 33, le condenseur 43 est raccordé à un conduit d'évacuation de condensats 47 qui, à la différence des conduits 17, 27 et 37, ne dirige pas les condensats vers la cuve d'où proviennent les gaz évents traités dans le condenseur (cuve C4), mais vers une des cuves de carburants légers, à savoir, par exemple, les cuves Cl, C2, C3, ou cuve 1, sur la figure 1. Cependant, selon la présente invention, des moyens de distribution de l'eau de dégivrage et des condensats 113 sont placés sur la ligne d'évacuation 47. Le conduit d'évent 42 de la cuve de gazole C4 est muni d'une soupape 20 disposée entre le condenseur 43 et le collecteur 14. Cette soupape est, de préférence, tarée plus faiblement que le clapet 15, par exemple à -5 mbar au lieu de -15 mbar, de manière à permettre l'introduction d'air ambiant dans la cuve C4 dès qu'une dépression se forme dans celle-ci notamment lors de la distribution de carburant en provenance de la cuve C4 à la pompe P. Selon la réglementation, le conduit d'évent 3 comporte également une soupape 6. Cependant son tarage ne doit pas permettre l'introduction d'air ambiant, mais la priorité est donnée à la soupape 20 de façon que l'air introduit dans la cuve 1, et C4 passe par un échangeur, par exemple celui référencé 43. Bien que non représenté en détail, les condenseurs 13, 23, 33 et 43 sont par exemple adaptés pour être alimentés avec un fluide caloporteur depuis une unité de refroidissement de ce fluide, ce dernier étant choisi en fonction de normes environnementales en vigueur. Cette unité comporte par exemple un ou plusieurs compresseurs à même de refroidir le fluide alimentant les condenseurs à une température comprise entre -55 C et -25 C, de préférence entre environ -45 C et -40 C. Des détails de réalisation des condenseurs de ce type sont par exemple donnés dans WO-A-03/006358. L'installation I comporte en outre un conduit d'aspiration 18 débouchant, à une de ses extrémités, dans la cuve Cl et, à son extrémité opposée, dans un réseau de collecte de gaz du volucompteur P. Dans un mode de réalisation préférentiel, le volucompteur est équipé de pistolets de distribution d'un carburant, respectivement munis, pour les pistolets de distribution de carburants légers, d'une buse d'aspiration des vapeurs de carburant dégagées lors du remplissage du réservoir d'un véhicule automobile. Ces buses d'aspiration collectent les gaz résultant du remplissage de ce réservoir et les envoient dans le conduit 18 afin notamment que ces vapeurs ne soient pas relâchés dans l'atmosphère mais renvoyées dans la cuve Cl. Le conduit 18 et le réseau de collecte du volucompteur P forment ainsi des moyens de récupération des gaz dégagés lors du remplissage, de ces réservoirs, à même de répondre à certaines normes environnementales. On notera que ces gaz de récupération ne peuvent atteindre la cuve 1 de carburant à base de bioéthanol sans passer à travers au moins un échangeur, ce qui. garantit la déshumidification des gaz et interdit une augmentation de l'éventuel taux d'eau dans le carburant à base de bioéthanol stocké dans la cuve 1. Le fonctionnement de l'installation I va être plus précisément décrit en regard de la figure 3. Dans le cas correspondant à une distribution de carburant par vidage des cuves de l'installation I, on considère, comme représenté sur la figure 3, que, par le biais du volucompteur P, un automobiliste soutire de l'essence 98 depuis la cuve Cl pour remplir le réservoir de son véhicule. Lors du remplissage du réservoir, le pistolet de distribution délivre l'essence 98 et aspire en même temps la phase gazeuse présente dans ce réservoir, notamment pour limiter les échappements gazeux nocifs pour l'environnement. Les gaz aspirés, figurés par les flèches F4 sont, via le conduit d'aspiration 18, envoyés dans la cuve Cl en pratique, le volume de gaz aspiré est au moins 10% supérieur au volume de carburant vidé, ce qui provoque l'augmentation de la pression gazeuse interne à cette cuve. Parallèlement, on considère qu'un autre automobiliste soutire du gazole depuis la cuve C4 par le biais d'un autre volucompteur non représenté le vidage de la cuve C4 provoque la baisse de la pression gazeuse interne à cette cuve. En pratique, dans un pays comme la France, la distribution de gazole représente généralement plus de la moitié de la distribution totale de carburants pour la station-service S. Par l'intermédiaire du collecteur 14, une partie des gaz contenus dans la citerne Cl est alors envoyée, via le conduit d'évent 42, dans la cuve C4 de façon à ce que la pression régnant dans ces cuves soit sensiblement égale. Ce faisant, un courant de gaz chargés de vapeurs de carburants légers traverse alors, comme indiqué par la flèche F5, le condenseur 43 associé à la cuve C4, ce qui provoque la condensation d'au moins une partie de ces vapeurs, les condensats étant dirigés, via le conduit 47, vers la citerne Cl. Les gaz refroidis restants, débarrassés de l'essentiel de leurs particules de carburant léger, sont envoyés dans la cuve C4. Le conduit d'évent 3 de la cuve 1 étant relié au conduit 42, tout retour de gaz passe dans l'échangeur 43, selon la présente invention et donc aucune humidité ne parvient à la cuve de bioéthanol 1. La description des moyens 113 est conforme à la description de la figure 1. Ainsi, de manière plus générale, les vapeurs de carburants légers qui passent, via le collecteur commun 14, de l'une des cuves 1, Cl, C2 et/ou C3 à la cuve C4, sont au moins en partie récupérées, au moyen du condenseur 43, sous forme de condensats évacués vers la cuve Cl étant entendu que ces condensats pourraient être aussi bien évacués vers n'importe quelle cuve de carburant léger de l'installation. Ce passage de vapeurs de carburants est d'autant plus marqué que la cuve de gazole est fréquemment sollicitée par rapport aux cuves de carburants légers. De plus, selon la présente invention, les gaz qui peuvent retourner vers la cuve 1 sont déshumidifiés par givrage. Par ailleurs, le renvoi des condensats dans l'une des cuves de carburant léger, à savoir dans la cuve Cl dans l'exemple considéré aux figures, et le renvoi concomitant de gaz refroidis, débarrassés de l'essentiel de leurs particules de carburant léger, dans la cuve C4 et, le cas échéant, dans les cuves Cl, C2 et C3 permettent d'éviter l'envoi de carburants légers dans la cuve de carburant lourd C4 et de refroidir l'atmosphère gazeuse interne des cuves, ce qui limite l'évaporation des carburants dans les cuves. REVENDICATIONS 1) Installation de stockage de carburants comportant au moins une cuve de carburant (1) à base de bioéthanol, ladite cuve comportant; au moins des 10 moyens de soutirage du carburant, des moyens de remplissage (2) , et un conduit d'évent (3) en communication avec un collecteur de gaz (5) pouvant être en communication avec les évents d'autres cuves de stockage de carburant et de la cuve d'un camion de chargement, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déshumidification (4) 15 des gaz passant par le conduit d'évent (3) de la cuve de bioéthanol comprenant: - un échangeur frigorifique destiné à geler l'eau et à condenser les vapeurs de carburant, ou condensats; - des moyens de collecte des condensats (113); -des moyens de dégivrage et de collecte (112) de l'eau de dégivrage. 20 2) Installation selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de déshumidification comportent un bac de réception (8) des fluides condensats et eau de dégivrage provenant dudit échangeur, et deux vannes de distribution (111, 112) pour évacuer les condensats séparément de l'eau. 25 3) Installation selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de dégivrage comportent des moyens de contrôle des vannes de façon à fermer la vanne d'évacuation des condensats avant le dégivrage tout en ouvrant la vanne d'évacuation de l'eau. 4) Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un 30 conduit de collecte des gaz relie le pistolet de distribution à une cuve de carburant essence. 5) Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle tous les conduits d'évent de chacune des cuves de carburant traversent un échangeur frigorifique de manière à condenser les vapeurs de carburants. 6) Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les conduits d'évent de la cuve de gazole et de la cuve de biocarburant sont en communication. 7) Procédé de distribution de carburant à partir d'une installation de stockage de carburants comportant au moins une cuve de carburant à base de bioéthanol, ladite cuve comportant au moins des moyens de soutirage du carburant, des moyens de remplissage, et un conduit d'évent en communication avec un collecteur de gaz pouvant être en communication avec les évents d'autres cuves de stockage de carburant et de la cuve d'un camion de chargement, caractérisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - on déshumidifie des gaz passant par le conduit d'évent de la cuve de bioéthanol en les faisant traverser un échangeur frigorifique destiné à geler l'eau et à condenser les vapeurs de carburant, ou condensats; - on collecte lesdits condensats que l'on déverse dans une cuve de carburant essence, - on effectue un dégivrage de l'échangeur frigorifique et on collecte de l'eau de dégivrage pour la déverser hors des cuves.