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" Perfectionnements relatifs aux combustibles carbonés
La présente invention est relative à un procédé permettant d'augmenter le rendement thermique d'un combustible carboné, en fai- sant brûler celui-ci en présence de composés métalliques à action catalytique. L'invention a également pour objet des compositions catalytiques destinées à la mise en oeuvre de ce procédé. Plus par-
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ticulièrement, l'invention concerne l'utilisation de composés du cobalt, seuls ou en combinaison avec des composés d'aluminium, de cuivre ou de chrome, pour améliorer le rendement de combustion des combustibles carbonés, tels que le fuel oil et le charbon, dans les installations de chauffage telles que les fours, les foyers de chaudières, etc...
Conformément à l'invention, on augmente dans une forte proportion le rendement de combustion des combustibles en faisant brûler ceux-ci en présence de particules finement divisées d'un agent catalytique choisi parmi les composés du cobalt et les mélan- ges de composés du cobalt avec des composés d'aluminium, des com- posés de cuivre ou des composés de chrome, cet agent catalytique introduit dans le mélange combustible étant également présent sur les surfaces où a lieu la combustion. L'agent catalytique peut être soit dispersé dans les combustibles liquides, soit déposé à la sur- face des combustibles solides, soit encore injecté dans la chambre de combustion, périodiquement ou de façon continue, indépendamment du combustible proprement dit.
L'augmentation du rendement de la combustion est assurée par la combustion du combustible fondamental en présence de quanti- tés relativement infimes de l'agent catalytique. Lors de la combus- tion, les résidus d'oxydation des composés métalliques se déposent sur les surfaces de la chambre de combustion et participent à l'ac- tion catalytique de l'agent catalytique introduit ultérieurement dans la chambre de combustion.
Le combustible de base peut être brûlé sous les conditions usuelles, soit à la pression atmosphérique, soit à une pression supérieure à la pression atmosphérique et au moyen de tout type usuel d'appareil de combustion. Bien qu'il soit préférable d'utili- ser des fuel oils dérivés du pétrole, du genre couramment utilisé dans les installations thermiques utilisant des huiles combustibles, on peut également utiliser du pétrole brut et des hydrocarbures li-
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quides synthétiques obtenus par hydrogénation du charbon, par poly- mérisation d'hydrocarbures gazeux et de composés hydrocarbures vola- tils, ou de toute autre manière.
Si l'on a cité le charbon comme exemple de combustible solide utilisable conformément à l'invention, il doit être entendu que l'on peut avoir recours à d'autres combus- tibles solides carbonés, tels que la tourbe, le coke, le charbon de bois, le bois sous ses formes diverses, et d'autres matières cellu- losiques, soit à leur état naturel, soit partiellement dégazéifiés ou carbonisés.
De préférence, on introduit l'agent catalytique dans la cham bre de combustion en une quantité équivalente à une concentration inférieure à 0,005 % en poids du combustible présent dans le mélange de combustion. On peut éventuellement utiliser des concentrations plus fortes en agent catalytique, mais cela est inutile dans la plu- part des cas et ne fait qu'augmenter le coût de mise en oeuvre.
On peut obtenir des résultats intéressants déjà avec 0,01 % en poids du combustible, et il est préférable de ne pas utiliser plus de 0,04 % d'agent catalytique en poids du combustible, introduit dans la chambre de combustion et consommé pendant la combustion* Cette faible quantité de catalyseur, tout en n'étant pas assez élevée pour fournir la totalité de l'effet catalytique réalisable grâce à l'utilisation de l'agent catalytique suffit, dans une installation donnée pour accumuler un dépôt catalytique actif sur les surfaces des parois de la chambre de combustion et pour maintenir ce dépôt au degré d'efficacité voulue, en en compensant les pertes.
Ainsi, l'invention a pour objet essentiel un procédé pour augmenter le rendement de combustion des combustibles carbonés, en faisant brûler le combustible dans un courant d'air comburant en présence de particules finement divisées d'un agent catalytique choisi parmi les composés de cobalt et les mélanges de composés de cobalt avec des composés d'aluminium, de chrome ou de cuivre, ces particules étant mises en suspension dans le mélange de combustion
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et étant présentes sur les surfaces de combustion ;
concentration en agent catalytique est inférieure à celle requise pour assurer un effet catalytique immédiat et total, mais est suffisante néanmoins pour assurer, lors d'une utilisation prolongée du combustible ainsi traité, le maintien de dépôts catalytiques sur les parois et surfa- ces de la chambre de combustion et la compensation des pertes, de manière à assurer une augmentation du rendement de la combustion.
L'invention a d'autre part pour objet une composition cata- lytique destinée à augmenter le rendement de la combustion des com- bustibles carbonés utilisés pour le chauffage, cette composition étant choisie parmi les composés du cobalt, les mélanges de composés de cobalt et d'aluminium, les mélanges de composés de cobalt et de chrome, et les mélanges de composés de cobalt et de cuivre.
L'invention a encore pour objet un combustible hydrocarbure liquide contenant un agent catalytique favorisant la combustion et choisi parmi les composés du cobalt, les mélanges de composés de co- balt et d'aluminium, les mélanges de composés de cobalt et de chrome, et les mélanges de composés de cobalt et de cuivre.
L'invention a enfin pour objet un combustible carboné solide à la surface duquel est déposé un agent favorisant la combustion choisi parmi les composés du cobalt, les mélanges de composés de cobalt et d'aluminium, les mélanges de composés de cobalt et de chrome, et les mélanges de composés de cobalt et de cuivre.
D'autres objets et caractéristiques de l'invention ressor- tiront de la suite de la description.
Conformément au procédé objet de l'invention, on peut introduire l'agent catalytique métallique dans la chambre de combustion, soit par dissolution de cet agent dans un combustible liquide, soit par dépôt de l'agent sur un combustible carboné so- lide, soit encore par injection intermittente ou continue, de l'agent catalytique indépendamment du combustible proprement dit. Au cas où l'on injecte l'agent catalytique dans la chambre de combustion en
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dissolution dans le combustible hydrocarbure fondamental, il est préférable d'utiliser des composés organométalliques solubles dans le combustible liquide. Pour une injection de ce genre, il est pré- férable d'utiliser les dérivés beta-dicétone et leurs homologues, tels que les acétyl-acétonates, les propionyl-acétonates, les formyl- acétonates, etc...
Les dicétonates métalliques sont solubles dans les divers types d'huiles de pétrole couramment utilisés pour les besoins du chauffage et peuvent y être incorporés par simple disso- lution. Le plus souvent, cependant, des composés du cobalt, de l'alu- minium, du chrome ou du cuivre sont disponibles en solution dans du benzol ou dans une huile de goudron de houille, par exemple sous la forme d'une solution à 7 % en poids contenant 0,07 gr. environ du ou des composés organo-métalliques par centimètre cube. Cette concen- tration correspond à une concentration en métal égale à 18% en poids environ. On ajoute alors cette solution au liquide en quantité voulue pour obtenir une concentration comprise entre les limites sus- définies.
D'ordinaire, on ajoute pour 3,78 litres de combustible liquide, de 2 à 4 cm3 environ de la solution à 7 % du ou des compo- sés catalytiques.
En plus des composés beta-dicétone du cobalt, de l'aluminium, du chrome ou du cuivre, on peut utiliser ces mêmes métaux sous la forme de dérivés des acides organiques ou composés à réaction acide ci-après, pour donner des composés solubles dans l'huile : - Acides naphténiques et paraffiniques; - monoalkylesters des acides salicylique, phtalique, campho- rique, malonique et autres acides organiques dicarboxyliques; - acide crésyllique et autres phénols; - mercaptans; - esters d'acide acéto-acétique et leurs homologues; - acides gras saturés ou non saturés à chaîne longue ; enfin - acides aryl-carboxyliques*
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Ces compositions sont utilisées en quantités équivalentes à celles indiquées plus haut dans le cas des dérivés beta-dicétones.
Si l'on désire procéder par injection indépendante de l'a- gent catalytique dans la zone de combustion, on peut utiliser, soit les dérivés organo-métalliques sus-décrits, soit des composés solu- bles dans l'eau tels que l'acétate, le nitrate, le sulfate, ou d'au- tres composés de cobalt solubles dans l'eau, ou du cobalt en mélange avec du chrome ou du cuivre. Le trioxyde de chrome est un autre exem ple d'un composé de chrome utilisable, soluble dans l'eau et suscep- tible d'être injecté séparément.
Avec les combustibles carbonés solides, on utilise pour des raisons d'économie et de commodité, les dispersions aqueuses des dé- rivés métalliques solubles dans l'eau. On utilise les solutions aqueuses de ces composés pour le traitement de combustibles carbonés solides tels que le charbon, pour déposer à la surface du combustible, par évaporation, les composés métalliques catalytiques en concentra- tion comprise dans la marge sus-indiquée. Après évaporation de l'eau, le résidu laissé sur le charbon adhère avec ténacité à la surface de celui-ci. Il se produit aussi une imprégnation importante du charbon par la composition catalytique et la perte en agent catalytique est très faible lors des manutentions ultérieures du charbon.
Bien que ce soient les solutions aqueuses des compositions catalytiques solubles dans l'eau dont l'utilisation est la plus économique, on peut traiter les combustibles solides tels que le charbon par des solutions dans l'huile des dérivés qui sont solubles dans l'huile, tels que la dicé- tone et les autres dérivés énumérés ci-dessus.
L'utilisation du composé de cobalt seul fournit l'accroisse- ment le plus important du rendement de la combustion. Si on a reoours à des mélanges de cobalt avec l'aluminium, le chrome ou le cuivre, il est préférable d'utiliser au moins 50 % de cobalt. La marge préférée des ingrédients d'un agent catalytique conformément à l'invention, peut
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être donnée comme ci-dessous : - composé de cobalt : 50 à 100 %, - composé d'aluminium, de chrome ou de cuivre : 0 à 50 %.
On peut avantageusement utiliser ces ingrédients en combi- naison avec des combustibles carbonés fondamentaux, liquides ou solides, dans toute installation de chauffage voulue, par exemple dans les locomotives brûlant du fuel oil ou du charbon ainsi que dans les installations fixes à usage industriel ou domestique. La combustion des combustibles traités peut être effectuée de la manière usuelle, par exemple en faisant brûler le combustible en mélange avec l'air primaire dans un foyer avec tirage naturel ou forcé. On peut, ou non, introduire de l'air secondaire dans la zone supérieu- re du foyer ou dans une zone de combustion secondaire communiquant avec celui-ci. On introduit le catalyseur dans la zone de combustion ou foyer, par un mélange avec le fuel oil, par dépôt sur le combus- tible solide ou par injection séparée.
Ces compositions catalytiques agissent sur la combustion du mélange combustible-air, grâce à la suspension ou à l'entraînement de l'agent catalytique finement di- visé dans le mélange, et grâce au dépôt des résidus catalytiques finement divisés, dépôts qui se forment sur les parois, cloisons et autres surfaces situées dans les zones de combustion primaire et secondaire. Il n'est nécessaire de prévoir aucune construction spéc le pour le four, et on peut obtenir des accroissements sensibles du rendement de combustion dans des fours fonctionnant avec un ti- rage normal de cheminée.
Dans le cas des locomotives à huile, des bateaux à vapeur, des chaudières industrielles fixes, etc... le fuel oil utilisé peut être une huile lourde, du type dit " huile de soute " ( "bunker- type oil "), c'est-à-dire une huile brute dont les constituants vo- latils ont été chassés par distillation. On peut incorporer le cata-
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lyseur organo-métallique dans n'importe quel combustible depuis les huiles lourdes les plus denses jusqu'aux pétroles lampants.
Par l'utilisation des agents catalytiques faisant l'objet de l'invention en combinaison avec des fuel oils du commerce, on a obtenu des accroissements de rendement importants, comme on l'a déjà indiqué. Lors d'un essai, on a ajouté les agents catalytiques, objet de l'invention, à du fuel oil du commerce en quantité équi- valente à 4 cm3 d'une solution de benzol à 7 % de l'agent pour 3,78 litres du fuel oil du commercer Un combustible contenant la quantité indiquée d'agent d'addition fut enflammé et brûlé dans un four de combustion à garnissages primaire et secondaire en amiante imprégnés d'une quantité supplémentaire d'agent d'addi- tion pour imiter les dépôts catalytiques formés dans la chambre de combustion par utilisation prolongée de l'agent d'addition.
Plus précisément, on a imprégné avec 500 cm3 de solution d'addi- tion des garnissages ayant respectivement 33 x 82,5 cm et 45,7 cm de dimensions superficielles. La consommation moyenne du four en combustible était de 843,5 gr. par heure et le rendement du four fut évalué d'après la quantité d'eau vaporisée par unité de poids de combustible consommé. Les agents d'addition utilisés étaient les acétyl-acétonates de cobalt, d'aluminium, de chrome et de cuivre.
Les résultats obtenus sont indiqués sur le tableau sui- vant :
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Tableau
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Ces chiffres font ressortir la grande augmentation du ren- dement thermique réalisé pour le fuel-oil hydrocarbure en présence des agents catalytiques faisant l'objet de l'invention.
On a réalisé des résultats similaires par injection séparée de compositions catalytiques au cobalt, au cobalt-aluminium, au co- balt-chrome et au cobalt-cuivre, dans lesquelles on fait dissoudre soit les dérivés organiques, soit les dérivés inorganiques dans un solvant approprié tel qu'un hydrocarbure liquide et l'eau, respec- tivement. On a également obtenu des résultats analogues par l'uti- lisation de combustibles solides tels que le charbon, sur lesquels on avait déposé des compositions catalytiques au cobalt, au cobalt- aluminium, au cobalt-chrome et au cobalt-cuivre, de la manière dé- crite.
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