Brevet FR2916204A1 — publié le 20081121

COMBUSTIBLE A BASE D'HUILE VEGETALE La présente invention se rapporte à un combustible pour chaudières et brûleurs fioul à base d'huile végétale. L'invention concerne également l'utilisation de cet agrocombustible dans des installations de combustion sans modification des brûleurs et des chaudières. Depuis plusieurs années, face à la menace du réchauffement climatique et à l'épuisement progressif des ressources naturelles, de nombreuses études ont été menées pour remplacer les sources d'énergie fossiles par des énergies renouvelables. En particulier la recherche s'est orientée vers l'utilisation des excédents agricoles pour créer de nouveaux combustibles. Toutefois, si l'utilisation d'huiles végétales en substitution du fioul parait être une solution idéale sur le plan environnemental, de nombreuses tentatives pour brûler directement de l'huile végétale ou en incorporer une certaine quantité dans un fioul classique, ont mis en évidence d'importants problèmes : stabilité du combustible, compatibilité avec les brûleurs des chaudières usuelles, encrassement des brûleurs du fait d'une mauvaise combustion, ou encore viscosité, qui excluent actuellement la mise sur le marché grand public de tels combustibles. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients et difficultés de l'art antérieur en proposant un combustible à base de carbone renouvelable, diminuant l'émission de gaz à effet de serre, et répondant aux normes d'utilisation des fiouls domestiques, c'est à dire ne nécessitant pas de modifications des installations de combustion existantes. A cet effet, l'invention a pour objet un combustible comprenant au moins une huile végétale présentant notamment les caractéristiques suivantes : - une teneur en eau dans l'huile inférieure à 0,3%, - un indice de peroxyde inférieur à 2 meqO2 par kg d'huile, et - une teneur en phosphore inférieure à 5 mg par kg d'huile. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel combustible dans une chaudière fonctionnant au fioul domestique, sans modification de cette chaudière. L'invention est maintenant décrite en détail. Les huiles végétales sont majoritairement constituées de triglycérides d'acides gras présentant des degrés d'insaturation variables suivant la nature du végétal oléagineux considéré : acides gras saturés ou stéariques, acides gras mono insaturés ou oléiques et acides gras poly insaturés. Les concentrations relatives en chacun de ces composés confèrent à l'huile ses propriétés physico-chimiques : l'acide stéarique est remarquablement inerte chimiquement mais cristallise à basse température ; l'acide oléique reste liquide à basse température mais avec une viscosité importante, et les acides gras poly insaturés tels que les acides linoléique et linolénique restent fluides à basse température mais présentent une instabilité chimique, en particulier, par rapport à leur oxydabilité en présence d'air. A côté de ces triglycérides, une huile végétale contient des composés en faible proportion tels que les phospholipides, des peroxydes, de l'eau, des acides gras libres et des composés mineurs tels que les stérols et les tocophérols présentant des propriétés anti-oxydantes. Selon l'invention, un certain nombre de ces éléments constitutifs des huiles joue un rôle déterminant pour leur utilisation en tant que combustibles. C'est le cas notamment de la teneur en eau, de la teneur en peroxydes, de la teneur en phospholipides et éventuellement de la teneur en acides gras libres, qui influencent en particulier la production de suies, donc l'encrassement des brûleurs, ainsi que la stabilité des mélanges au stockage. Pour éviter toute formation de dépôt lors du stockage du combustible, la présente invention vise un combustible comprenant au moins une huile végétale dont la teneur maximale en eau dans l'huile est inférieure à 0,3%, de préférence inférieure à 0,1%. En effet, une présence trop importante en eau dans l'huile entraînerait la formation de dépôts lors de son stockage. Par ailleurs, les composés peroxydés, dont la concentration est définie par l'indice de peroxyde , sont responsables de la polymérisation, lors du stockage, des composés insaturés oléf iniques ou poly insaturés, issus de l'huile végétale et éventuellement du fioul domestique si l'huile végétale est associée à un autre combustible. Les composés peroxydés sont également responsables par polymérisation radicalaire et/ou cationique au moment de la combustion, de la formation de gommes se transformant en dépôts charbonneux au niveau du brûleur. Pour éviter ces problèmes, le combustible selon l'invention comprend au moins une huile végétale dont l'indice de peroxyde est inférieur à 2 meq par kg d'huile. Les phospholipides, quant à eux, conduisent à des oxydes phosphoriques dont l'acidité catalyse la polymérisation cationique des composés peroxydés, des composés insaturés et des composés polyinsaturés au niveau du brûleur. Ces oxydes acides peuvent en plus, provoquer la corrosion du matériel, tel que le brûleur, la chaudière ou la tuyauterie d'évacuation des gaz de combustion. Afin de prévenir ces inconvénients, la présente invention prévoit un combustible comprenant au moins une huile végétale avec une teneur en phosphore inférieure à 5mg par kg d'huile. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'huile végétale contenue dans le combustible présente également un indice d'acide inférieur à 0,5mg KOH/g. En effet, bien que les acides gras libres n'aient pas d'effet notable sur la combustion ou le stockage, compte tenu de leur acidité naturelle, la présente invention préconise une teneur évitant tout problème de dépôt lors d'un stockage de longue durée. Le combustible selon la présente invention comprend donc au moins une huile végétale, brute ou purifiée, caractérisée notamment par les propriétés suivantes : - une teneur en eau dans l'huile inférieure à 0,3%, de préférence inférieure à 0,1%, - un indice de peroxyde inférieur à 2 meqO2 par kg d'huile, - une teneur en phosphore inférieure à 5 mg par kg d'huile, et - de préférence, un indice d'acide inférieur à 0,5mg KOH/g. Selon un mode de réalisation préféré, l'huile végétale utilisée est une huile de colza. En effet, du fait de sa composition moyenne (1,5 à 2% d'acide stéarique, 56 à 62% d'acide oléique, 17 à 23% d'acide linoléique et 9 à 12% d'acide linolénique), cette huile présente un très bon compromis entre fluidité à froid et stabilité chimique. Selon un mode de réalisation encore plus préférée, l'huile utilisée est une huile végétale purifiée, par exemple une huile de colza purifiée. Un procédé particulièrement adapté pour purifier l'huile végétale selon la présente invention consiste à adsorber les molécules les plus polaires de l'huile, à savoir les molécules peroxydées, les phospholipides et l'eau, sur un aluminosilicate solide, par exemple de type argile, et de préférence de type Tonsil, préalablement déshydraté. Le procédé peut également comprendre notamment : - une étape de lavage en milieu basique pour éliminer les acides gras libres, - une étape de rinçage à l'eau, et - une étape de séchage de l'huile à 80 C sous vide. Avantageusement, ce procédé permet de conserver dans l'huile les stérols et les tocophérols dont les propriétés anti-oxydantes assurent de bonnes propriétés de stockage au combustible selon l'invention. Selon un autre aspect de l'invention, le combustible à base d'huile végétale comprend également au moins un fioul domestique mélangé à l'huile végétale. Une formulation optimale du mélange fioul domestique - huile végétale, présente une proportion en huile végétale comprise entre 5% et 50% en poids. Préférentiellement, le mélange fioul domestique - huile végétale, comprend environ 20% en poids d'huile végétale. Avantageusement, le combustible selon l'invention présente des caractéristiques physico-chimiques semblables aux caractéristiques règlementaires du fioul domestique. Le tableau ci-dessous montre les résultats obtenus avec un mélange huile-fioul à 20% d'huile de colza purifiée selon l'invention, comparés aux caractéristiques règlementaires du fioul domestique (arrêté du 29 août 1967 modifié, version janvier 2007) : Fioul de base Mélange selon l'invention TLF (Température Limite de Filtrabilité) Maximum - 4 C (EN -8 C -13 C 116) Point d'écoulement Maximum - 9 C (NF T60 - 105) -15 C -18 C Point de trouble Maximum + 2 C (EN 23015) -7 C -7 C Densité à 15 C Compris entre 830 et 880 Kg/M3 (EN I5O 866,8 877,4 3675) Viscosité à 20 C mm2/s Maximum 9,5 mm2/s (EN I5O 3104) 6 8 5 Le combustible selon l'invention présente également une bonne stabilité thermique et une bonne stabilité de stockage. Des essais comparés de stabilité, menés sur un fioul domestique de base et sur 20 un combustible selon l'invention comprenant 20% d'huile végétale purifiée, tous deux traités par des additifs classiques anti-oxydants utilisés normalement pour le fioul domestique, ont montré : - concernant les propriétés de stockage, un assombrissement du fioul de base au bout de 72 heures, signe précurseur de la formation de dépôt, alors que le combustible selon l'invention reste limpide, et - concernant la stabilité thermique, après 48 heures de tests, l'apparition de dépôts pour le fioul de base, alors que le combustible selon l'invention reste parfaitement stable. Ceci s'explique en particulier par la présence dans le combustible selon l'invention, de stérols et tocophérols provenant de l'huile végétale. Par ailleurs, des essais de combustion avec analyse des rejets, réalisés sur différents combustibles selon l'invention, mélanges fioul domestique -huile végétale à 10%, 20%, 30% et 50% en huile, montrent un comportement comparable à celui obtenu avec le fioul pur. Avantageusement, on constate également une diminution des émissions d'oxyde de soufre due à la dilution du fioul par l'huile végétale qui ne contient pas de composés soufrés. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau suivant : Combustibles selon l'invention 100% 90%Fioul / 80%Fioul / 70%Fioul / 50%Fioul / Fioul 10%huile 20%huile 30%huile 50%huile % 02 1,8 1,7 1,5 3,4 1,7 % CO 14,1 14,2 14,3 12,9 14,1 Température des fumées 164 166 167 176 177 Température comburant 23 34 39 39 42 Facteur d'air (Lambda) 1,09 1,09 1,08 1,19 1,09 Rendement de combustion 94 94,4 94,6 93,8 94,3 CO ppm 36 39 42 16 38 NOx ppm 124 105 102 103 93 502 ppm 64 60 50 44 30 Indice de noircissement 0 0 0 0 0,5 L'agrocombustible selon l'invention peut donc être utilisé dans des chaudières, brûleurs ou fours industriels fonctionnant habituellement au fioul domestique, sans modifier l'installation initiale. Il peut être utilisé directement ou avec des additifs classiques utilisés normalement avec le fioul domestique pur. REVENDICATIONS 1. Combustible à base d'huile végétale, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une huile végétale brute ou purifiée présentant les caractéristiques suivantes - une teneur en eau dans l'huile inférieure à 0,3%, - un indice de peroxyde inférieur à 2 meqO2 par kg d'huile, et - une teneur en phosphore inférieure à 5 mg par kg d'huile. 2. Combustible à base d'huile végétale selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en eau dans l'huile est inférieure à 0,1%. 3. Combustible à base d'huile végétale selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'huile végétale a un indice d'acide maximum de 0,5mg KOH/g. 4. Combustible à base d'huile végétale selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un fuel domestique. 5. Combustible à base d'huile végétale selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'huile végétale constitue entre 5 et 50% en poids du mélange fuel domestique - huile végétale. 6. Combustible à base d'huile végétale selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'huile végétale constitue 20% en poids du mélange fuel domestique - huile végétale. 7. Combustible à base d'huile végétale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'huile végétale est de l'huile de colza. 8. Combustible à base d'huile végétale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'huile végétale est une huile purifiée. 9. Combustible à base d'huile végétale selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'huile végétale est purifiée par un procédé comprenant au moins une étape d'adsorption des molécules peroxydées, des phospholipides et des molécules d'eau de l'huile végétale, sur un aluminosilicate solide. 10. Combustible à base d'huile végétale selon l'une revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'huile végétale est purifiée par un procédé comprenant au 10 moins les étapes suivantes : - adsorption des molécules peroxydées, des phospholipides et des molécules d'eau de l'huile végétale, sur un aluminosilicate solide de type argile, - lavage en milieu basique pour éliminer les acides gras libres, - rinçage à l'eau, et 15 - séchage de l'huile à 80 C sous vide. 14. Utilisation du combustible selon l'une quelconque des précédentes revendications, dans une chaudière fonctionnant au fioul domestique, sans modification de cette chaudière. 15. Utilisation du combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 10, caractérisé en ce que ledit combustible est utilisé avec des additifs utilisés avec le fioul domestique pur.