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BREVET D'INVENTION' Procédé pour la conversion des huiles lubrifiantes en oombustibles pour les moteurs du type DIESEL.
La présente invention est relative aux combustibles destinés aux moteurs du type Diesel, en convertissant l'huile de graissage et notamment, pour des raisons d'économie, celles qui proviennent des vidanges, c'est à dire l'huile ayant servi au graissage du moteur.
Le moteur du type Diesel présente un des moyens les plus économiques pour convertir en force motrice le volume calori- fique du combustible. Les installations Diesel, pour cette raison, ont augmenté en nombre en ce qui concerne le rendement utile chaque année depuis 1913. Les centrales électriques, la fabriques, les navires, les réseaux des ohemins de fer, les véhicules routiers et analogues, forment un champ de travail dont l'extension est parallèle à l'efficience, l'économie, la stabilité, et la séourité des constructions Diesel.
Les combustibles utilisés pour les moteurs Diesel sont des carburants à base de pétrole peu volatils, s'enflammant à des températures relativement basses et sous compression.
L'usage généralisé des moteurs Diesel a été retardé dans une certaine mesure bien entendu, par la compression élevée, qui est nécessaire pour assurer une vitesse d'allumage adéquate.
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Cette nécessité, qui trouve répercussion dans la résistance mécanique, exagérément grande, exigée des matières entrant dans la construction du moteur, a eu comme conséquence une construction de moteur très volumineuse, qui a limité le champ d'extension du moteur Diesel, dans le domaine de la locomotion. Par suite du faible risque d'incendie dans le fonctionnement du moteur Diesel, ainsi que du prix du combustible utilisé, de nombreux efforts ont été tenté en vue d'utiliser ce type de moteur dans l'aviation, dont l'importanoe se conçoit facilement.
Pour gagner de la résistance, sans ajouter grandement au poids par H.P., par rapport aux constructions actuelles des moteurs d'avion, utilisant de l'essence, on a eu recours à des aciers spéciaux coûteux, ou des alliages analogues, ce qui a élevé le prix de la construction par unité de force motrice à une valeur multiple de celle du moteur à essence.
Pour contribuer à diminuer le poids du moteur Diesel, on a proposé d'additionner aux'combustibles du type Diesel (donc des fractions de pétrole utilisé comme combustible de ce genre) un agent du type ester nitrique susceptible d'accélérer l'allumage. Par exemple, l'addition de quelques.pourcents de nitrate d'éthyle. Les agents d'addition efficaces du type "nitro" sont coûteux et bien que le coût initial de l'installation motrice puisse être diminué, le coût de l'exploitation est augmenté dans une mesure considérable.
En outre, les agents d'addition de ce genre possèdent généralement un point d'éclair beaucoup plus faible que celui des combustibles Diesel normaux, et s'ils sont ajoutés dans des proportions appréciables ils effectuent habituellement une diminution sensible du point d'éclair du combustible Diesel ce qui augmente le risque d'incendie, qui intervient à la manutention et l'emploi des combustibles de ce genre.
Des autres agents du type nitro, qu'on a proposé jusqu'à
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présent sont : le nitrobenzène, le nitrotoluène et le trinitrophénol. Tous les agents d'addition de ce genre sont dérivés des sources étrangères c'est à dire d'hydrocarbures qui en soi ne font pas partie de cette classe de combustibles dérivés du pétrole. Il existe, en ce qui concerne les combustibles du type Diesel, un nombre d'huiles qui varient avec le genre de moteur pour lequel elles sont utilisées. Certains moteurs opèrent sur des combustibles de viscosité élevée, d'autres au contraire ne fonctionnent que sur des combustibles de basse viscosité. Des moteurs Diesel modernes, construits spécialement pour la locomotion, demandent un carburant de basse viscosité, contenant le minimum de combinaisons de souffre et de corps formant du carbone.
Les recherches faites démontrent olairement que la viscosité joue un rôle primordial et que de plus le combustible doit être propre et de bon volume oalorique. Des expériences ont prouvé d'autre part .qu'un combustible de viscosité élevée se pulvérise en globules de 8 à 27 fois la grandeur des globules d'un combustible de basse viscosité. Il se conçoit facilement que plus petit. sera le globule, mieux s'effeotuera la pulvérisation intégrale et la combustion complète. Il peut être adopté comme règle générale que le meilleur rendement est obtenu si on utilise pour chaque type de moteur un combustible de la viscosité la plus basse qu'on puisse utiliser pour ce type de moteur.
L'utilisation des huiles lubrifiantes pour la combustion dans les moteurs du type Diesel n'est pas possible, En effet, leur point d'allumage élevé, et leur grande viscosité ne permettent pas d'obtenir la pulvérisation et l'oxydation né- oessaires à leur combustion intégrale. S'il est vrai que certains artifioes, comme par exemple l'introduction, dans les huiles lourdes, de substances facilement miscibles et inflammables, telles que l'alcool, le benzène, l'éther, etc..
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facilitent la transformation des huiles lourdes en carburants, ils ne résolvent cependant pas le problème de la pulvérisation intégrale de la substance de base et ne mènent pas au rendement maximum en calories et en H.P. du mélange. En effet, si le mélange brûle plus facilement, il ne brûle cependant pas complètement.
Il se produit des vapeurs et des fumées, qui abaissent le rendement, puisque leur état de décomposition incomplète donne lieu, comme cela se conçoit très facilement, à des pertes considérables de chaleur et de gaz. Un autre inconvénient de ce mélange réside dans le fait que les parties incomplètement brûlées se déposent sur les organes essentiels du moteur. Il se produit une détérioration des lubrifiants, une usure prématurée du moteur, un rendement imparfait du combustible, et comme la combustion est incomplète il se produira surtout dans les engins de haute compression des détonations prématurées, dues à l'inégalité des températures des dépôts formés sur les parois de la cyhambre à combustion et sur les pistons.
On a déjà proposé d'additionner aux huiles lourdes et même aux huiles végétales, des corps dérivés du benzène, renfermant deux ou plusieurs noyaux benzolyques tel que l'anthracène, après les avoir nitrés (anthraquinone) et réduit une partie du produit de la nitration avec de l'hydro- gène obtenu "in vitro". Le produit final est dissous dans de l'alcool et mélangé à une huile lourde. Le mélange ainsi obtenu est à son tour mélangé à d'autres hydrocarbures tels que la gasoline ou kérosène, pour être utilisé dans les moteurs à explosion, munis d'un carburateur ainsi que pour les moteurs du type Diesel. Il est évident que les résultats seront très problématiques car les carburants utilisables pour un moteur à combustion interne diffèrent totalement de ceux employés pour un moteur à explosion.
Au point de vue du rendement, le résultat'obtenu
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avec un tel combustible ne peut être élevé, car dans la combustion, la composition, la teneur en carbone, en souffre et en matières goudroneuses et résineuses, qui donnent naissance à un nombre de combinaisons instables jouent un rôle très important en ce qui concerne la stabilité et la propreté du combustible, conditions primordiales pour garantir une opération efficace, sans effets nuisibles pour le moteur.
L'on a également proposé de nitrer des huiles du type Diesel, donc celles qui sont couramment utilisées pour les moteurs de ce genre, afin de leur conférer des propriétés supérieures. Les méthodes proposées pour la nitration de ces huiles sont les plus diverses, mais il n'est 'pas possi- ble de les appliquer pour les huiles de graissage. La nitration des huiles lubrifiantes ne peut être utilisée pour les convertir ou pour leur conférer les propriétés essentielles des huiles combustibles. La nitration des huiles de graissage produit en effet des corps durs, plastiques ou bien des poudres jaunes et brunes Impalpables, selon l'origine de l'huile.
Les installations nécessaires aux divers procédés de craquage, la conversion des hydrocarbures de poids moléculaire élevé en hydrocarbures de poids moléculaire plus bas, par un traitement à l'état de vapeur, sous pression élevée et en présence des oatalysateurs divers, du type Bergius, Burton, etc. sont compliquées dans leur mode d'opération, leur ma- nutention est difficile et leur construction extrêmement coûteuse et longue. Les systèmes de craquage opèrent généralement à des températures de 400 C-650 C sans pression et avec pression à une température de 500 C. De tels procédés ne permettent pas dans le cas présent, la conversion éoono- mique et rationnelle des huiles de graissage, en matières combustibles pour les moteurs du type Diesel.
L'on oonnait déjà les propriétés du ohlorure d'alumi-
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nium anhydre suivant lesquelles il est possible de changer l'édifice moléculaire des hydrooarbures. Réaction de Frie- del et Crafts (brevet anglais 4.769). Cette réaotion peut donner naissanoe à des corps de poids moléculaire plus éle- vé en partant d'un corps de poids moléoulaire plus petit, mais elle peut donner aussi naissance, par une aotion des- tructive, à des corps de poids moléculaire plus petit en partant des corps de poids moléculaire élevé.
Mais il n'est question ici que de l'action du chlorure d'aluminium anhydre sur les combinaisons paraffiniques.
En se basant sur l'action destructive, il est possible, en chauffant à 260 C-280 C une huile de graissage, d'obtenir avec 5-10% AlCl3 dans une chaudière munie d'un déphlegmateur, 52.86% d'essence pure, bouillant entre 50 -170 C el. Le résidu huileux, non saturé pour la plus grande part, chif- fre de 31.14% et il se forme 16% de ooke et de gaz (perte).
Au lieu du chlorure d'aluminium, il est possible d'uti- liser l'aluminium métallique et en sa présence traiter l'hui- le par HCl gazeux seo, et d'obtenir ainsi environ 12% d'es- sence, bouillant avant 150 , en partant d'une huile solaire.
Suivant la présente invention, les combustibles desti- nés à l'alimentation des moteurs du type Diesel sont obtenus en convertissant l'huile de graissage, et notamment pour des raisons d'économie, les huiles provenant des vidanges, c'est à dire ayant servi au graissage des moteurs, par un prooédé ohimique de distillation et de mise en contact des vapeurs de la distillation avec une huile d'aluminium, qui peut être obtenue par la réaotion de Gustavson ou par la réaotion de Friedel et Crafts sur des corps paraffiniques, et dont la formule brute est resp. AlBr3 C4H8 et AlCl3C4H8.
Le produit obtenu est stable et peut être intégralement pulvérisé, tout en assurant une combustion complète sans ad-
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dition d'a utres hydrooarbures.
Le procédé qui forme l'objet de la présente invention est peu coûteux et réalisable sur une échelle commerciale et industrielle importante, aveo un minimum d'installation et sans manipulations oomplexes.
Le combustible obtenu tout en étant stable est propre et possède un volume oalorique excellent (chaleur de combustion 10,883 oal.) et dont la viscosité varie avec l'origine de l'huile ou avec les caractéristiques du mélange des huiles soumises à la conversion. Il n'exige point l'addition d'agents spéciaux pour abaisser sa température d'allumage,
La réaotion de Gustavson (Berichte 1881 Vol. 14 26I9) est basée sur l'action de l'acide bromhydrique gazeux sur les carbures en présence de bromure d'aluminium.
Ainsi, si l'on dissout du bromure d'aluminium dans divers dérivés des huiles minérales, la fraction de l'essence de Pensylvanie, bouillant entre 67 -70 C,, de la paraffine, et diverses fraotions de Kérosène russe ordinaire, puis, que l'on fait passer un oourant d'acide bromhydrique, une réaction commence à la température ordinaire, pour former deux couches, dont la couche inférieure consiste en une huile épaisse orangée, insoluble dans les carbures et le sulfure de carbone et qui possède toujours une même composition correspondant à la formule brute : A L Br 3 a 4H8. La réaction est d'autant plus facile avec des corps paraffiniques de poids moléculaire élevé.
Gustavson obtenait le produit de la réaction en ohauffant dans un tube en verre, hermétiquement fermé,un excès de bromure d'aluminium aveo par exemple de la paraffi-. ne en présence du bromure d'éthyle qui remplaçait l'acide bromhydrique dans toutes les réactions. Le rendement utile de cette opération n'est que de 33% des corps utilisés et pour des raisons éoonomiques, en vue du prix élevé des réaotifs employés, il est impossible d'utiliser cette méthode
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dans le présent procédé.
Une huile d'aluminium,qui peut être obtenue facilement et dont les propriétés sont identiques, est obtenue par la réaction de Friedel et Crafts sur des corps paraffiniques.
Il est évident qu'il existe des méthodes différentes pour effectuer cette réaotion, mais le présent procédé envisage de traiter de la paraffine en solution dans un solvant aromatique halogéné aveo de la AlCl 3 anhydre afin d'obtenir le réactif, l'huile d'aluminium dont la formule brute est Ohloraluminiumhydrooarburé, AlCl 3C4H8. Cette réaction s'effectue à des températures basses 25 C-50 C.
De préférence on utilisera le monochlorobenzène, car ce solvant est idéal pour la réaction de Friedel et Crafts, pour sa stabilité extrême à température basse et à pression ordinaire.
Dans les oonditions où s'opère la réaction de Friedel et Crafts dans'le présent procédé, ce corps halogéné demeure totalement inactif vis à vis des autres corps de réaotion en favorisant en même temps la catalyse.
En tant que composé benzinique, il est absolument inattaquable par une substitution quelconque, la présence de l'atome de chlore exerçant une action répulsive à cet égard.
Il présente sur le CS2, qui peut également être utilisé dans la réaction, l'avantage d'être peu inflammable et de distillation facile, permettant une récupération presque intégrale du solvant. Il ne peut ni provoquer, ni causer une oxydation, ce qui évite une formation abondante de résine et de goudron et qui influence considérablement la pureté et le pourcentage du produit final.
Le produit final est une huile orangée P.S.0.8672, Visoo- sité E20 - 12.19 P. E. 120 C pouvoir rotatoire + 0.17.
L'action du réactif obtenu ainsi est beaucoup plus grande que celle du chlorure d'aluminium. La présence d'huile
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d'aluminium en petite quantité et sans aucun solvant peut convertir les huiles de graissage en matières combustibles.
Dans le présent procédé, ce dérivé organique est utilisé pour convertir spécifiquement l'huile lubrifiante en huile pour moteur du type Diesel.
Suivant un mode de réalisation de l'invention de conversion des huiles usagées, l'on élimine d'abord de celles-ci les impuretés. Pour effectuer cette épuration simple, qui évitera une formation de coke et des produits secondaires, provenant des réactions catalytiques au moment de la distilation, l'huile est soumise d'abord à un repos pendant 12 jours; cette période nécessaire pour la formation du sédiment peut être accélérée en versant sur l'huile une quantité de CaCO3 lourd.
L'huile est ensuite soutirée et introduite dans un réoipient muni d'un agitateur et d'un moyen de contrôle de la température.
Dans le présent procédé la purifioation de l'huile est obtenue par une mise en contact intime de l'huile avec des terres absorbantes naturelles ou aotivées. 'Une purification par l'acide sulfurique ou par un réaotif analogue serait définitivement nuisible,, car l'acide sulfurique attaque très souvent des corps paraffiniques de valeur pour la présente oonversion, En outre les produits de la réaotion acide (les aoides sulfoniques) ,sont très difficilement éliminés par la lessive sodique. Il se oonçoit facilement qu'un traitement par des terres absorbantes sera plus simple et demandera moins d'installation et moins de manutention.
Un autre inconvénient du traitement acide est l'augmentation de la viscosité de l'huile par une polymérisation, ce qui doit être évité dans le présent prooédé qui tente de réduire la visoosité des huiles de graissage.
L'huile est ohauffée maintenant graduellement et sans
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agitation jusqu'à 30 , température à laquelle elle est mélangé'e aveo de la terre acide naturelle, activée, ou un corps analogue dans une proportion de 5% du poids. Puis, on chauf- fe avec agitation jusqu'à 125 0. Le repos de l'huile l'a débarrassée de ses impuretés les plus grosses, telles que des particules de carbone agglomérées, des particules métalliques provenant de l'usure du moteur ainsi que d'une certaine quantité d'eau libre.
En maintenant la température de 125 C pendant 10 minutes, l'huile est débarrassée d'une quantité d'eau, qui s'y trouvait sous forme de combinaisons émulsifiées et aussi d'une partie de ses matières carburantes et légères qui peuvent s'y trouver par la décomposition thermique de l'huile ou par simple mélange. Après 10 minutes de traitement avec les corps absorbants, l'huile est filtrée pour la clarifier.
L'huile est maintenant introduite dans un appareil pour être soumise à une distillation directe (sans vapeur).
Il est connu que les huiles de graissage soumises à une distillation subissent des changements chimiques; elles perdent une partie de leur viscosité et changent de point d'éolair. En dépit du fait que, considérés strictement selon les données thermodynamiques, tous les hydrocarbures liquides sont sujets à une instabilité inhérente quand on les chauffe, on ne peut observer une décomposition appréciable à une température en dessous de 200 C.
La décomposition commence à 300 C, mais la vélocité de cette décomposition est en général trop petite pour les buta pratiques de craquage, même à une température de 400 C.
Il n'est pas dans l'intention du présent procédé d'effectuer une distillation destructive ou craquage de l'huile et pour cela la distillation doit s'effectuer rapidement.
D'abord on débarrasse l'huile des résidus des corps légers qui peuvent s'y trouver et qui/seront éliminés à 190 C.
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Après l'élimination on continue la distillation et on fait passer les vapeurs de l'huile, à travers un dispositif où se trouve l'huile d'aluminium, préalablement absorbée par un corps absorbant ou par un charbon actif granulé. Les vapeurs sont ensuite condensées dans un condensateur suffisamment grand pour éviter des pertes de gaz. Le produit final est environ 80 à 85% de l'huile dé'oantée. L'huile obtenue est un combustible parfait et ne demande pas de raffinage par l'acide sulfurique ou d'autre réactif analogue, mais il est suffisant de la filtrer sur terre en présence d'une substance neutralisante.
Suivant un autre mode de réalisation, il est possible d'obtenir une huile d'un type plus lourd avec des caractéris- tiques nettement différentes en mélangeant ;
70% par volume huile de graissage minérale
30% par volume huile de poisson (whale Oil) On chauffe à 150 0, on introduit 7,5 - 10% par poids de terre acide naturelle ou activée (du type A1203 6 S102aq) et on distille en faisant passer les vapeurs sur le halogène aluminium hydrooarburé.
L'invention a été déorite à titre purement indicatif, et nullement limitatif, et il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportée. à ses détails, sans s'écarter de son esprit.