BE495984A - - Google Patents

Description

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  PROCEDE DE FABRICATION DE'CARBURANTS OU COMBUSTIBLES LIQUIDES, A PARTIR DE 
MATIERES BOTANIQUES ET DE TOURBE. 



   Les combustibles liquides pour le chauffage ou pour la produc- tion de gaz combustibles ou de carburants liquides pour la combustion dans les moteurs, ont été généralement jusqu'ici obtenus par traitement thermique d'huiles minérales brutes, par exemple, par distillation, cracking, et hydro- génation, ou bien à partir de combustibles fossiles solides, comme la houille, le lignite, par la distillation dite sèche avec le   cocke   comme produit princi- pal, ou encore par hydrogénation, ou au moyen de la synthèse, de même, dans une faible mesure par la fermentation alcoolique de substances renferment des hydrates de carbone, comme les céréales, les pommes de terre, la mélasse ou encore les lessives résiduelles de sulfite de l'industrie de la cellulose. 



   Si on fait abstraction de tentatives qui ont pratiquement échoué, par exemple de brûler du bois ou du charbon de bois dans des appareils primi- tifs comme les gazogènes de véhicules, ou encore d'alimenter le moteur connu à poussière de charbon, au moyen de plantes séchées et finement broyées, il faut reconnaître que   jusqu'ici   les matières premières destinées à la produo- tion de combustibles et carburants liquides ont été prélevées sur les réser- ves souterraines de combustibles fossileso 
A côté des hydrocarbures et des combinaisons d'hydrocarbures et d'oxygène, qui la plupart du temps, ne renferment qu'un groupe fonctionnel, il y a dans la nature vivante, sous la forme de matériaux constitutifs des corps d'animaux et en particulier de plantes.,

   un grand nombre de combinai- sons dans lesquelles plusieurs groupes fonctionnels différents les uns des autres - parmi lesquels certains qui renferment de le'oxygène - sont combinés avec un squelette d'hydrocarbures. 



   Ces substances de la nature vivante, comme par exemple le bois, les plantes à tiges et   à   feuilles renfermant de la cellulose, les algues, le varech,   etc...,  qui se caractérisent généralement par une faible teneur en cendres et parfois par une teneur en matières grasses qui n'est pas né- gligeable ont a peine été mises a profit dans la technique des combustibles et d'aucune manière dans la chimie des carburants, alors que l'accroissement annuel des matières premières botaniques sur la terre, exprimé en   unités-houil-   

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 le,est estimé beaucoup plus élevé, par exemple, que la réserve mondiale en 
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 charbon (4,6 e 101 t), ou en pétrole brut (4,1 .

   10t)e 
La présente invention prévoit les moyens d'utilisation de ces ma- tières premières de la nature vivante et de la tourbe comme combustibles ou carburants liquides. L'invention se fonde sur les considérations suivantes. 



   Dans le grand groupe des combinaisons oxycarbonyles de la formule 
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 brute C (HZ0) ou C IL 0 comme elles existent dans le complexe du bois, on peut inclure par éÉ ÎeYles sucres simples comme le sucre de raisin C H 0 les polysaccharides analogues au sucre et élaborés à partir de sucres simples, comme le sucre de canne D12Rz20ll' les polysaccharides analogues au sucre, comme l'amidon (C6Hl005)x' desquels on tire par hydrolise, suivant la formule (C 6 H10 05)x + x H20 = x C01006y des glucoses d solubles dans l'eau, ou du sucre de raisin mais aussi de la cellulose (C6HI005)X' formule dans la- quelle x peut prendre une valeur variant entre 250 et 3000, la dite cellulose pouvant être transformée également en sucre soluble dans l'eau en présence d' acides minéraux.

   , 
Outre la cellulose, on connait encore un groupe d'hydrates de car- bone qui sont plus facilement solubles et hydrolisables que celle-ci et don- nent aussi d'autres sucres. 



   La désignation   d'hémicellulose   jusqu'ici courante pour ces poly- saccharides complexes, tels que le galactane, le mannane, ou la lichenine, 
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 qui est par exemple solublE\' colloidalement dans l'eau bouillante, a été aban- donnée sur proposition de S t a u d i n g e r en faveur de l'expression po- lyose du bois. 



   Abstraction faite de leur emploi pour des usages techniques, les méthodes jusqu'ici appliquées à la mise en valeur du bois, ont généralement pour but l'obtention de la cellulose, 
Les polyoses résultant de l'obtention de la cellulose sont trans- formés soit en levure nutritive, soit en alcool éthylique, tandis que la lig- nine (env. 1/3 du bois) n'a pas trouvé emploi jusqu'ici. 



   A des fins scientifiques pour pouvoir déterminer les propriétés chimiques des constituants morphologiques présumés du bois, on a déjà essayé de décomposer complètement celui-ci, par exemple en le rendant soluble dans   l'eau.,   Ainsi par exemple S c h ü t z et ses collaborateurs ont rendu soluble dans l'eau, environ 95% de la substance du bois de hêtre, de pin ou de bou- leau, par extraction oxydante à la vapeur pendant une durée de plus de 720 heures. Ils trempent du bois coupé dans une solution d'eau oxygénée à 10%, 
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 pendant 2 heures et à 70oC, laissent s'écouler la solution et introduisent ensuite de la vapeur d'eau à   100 C   jusqu'à ce que le condensat liquide ne ren- ferme plus de traces appréciables d'extraits non volatils. 



   Après environ 8 à 10 heures, l'arrivée de vapeur est coupée et le bois retrempé dans la solution d'eau oxygénée à 70 , pendant deux heures, et ainsi de suite 
Cette façon de liquéfier la substance du bois par dislocation chimique de ses molécules, n'est d'aucune utilisé technique et n'a aucune valeur économique. 



   Suivant la présente invention, il est procédé de tout autre façon 
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 pour amener à une forme liquide ou similaire par exemple dispersolde, les ma- tières premières botaniques telles que le bois, les végétaux herbeux ou tiges renfermant de la cellulose, ainsi que la tourbe. 



   La présente invention se base sur le fait que la liquéfaction pratiquement complète des éléments morphologiques des matières premières bo- taniques et de la tourbe, ne réussit avec certitude, avec des moyens techni- ques supportables et des durées de réaction acceptables que lorsque la dis- solution ou la transformation chimique, ou la dissolution et la dispersion 

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 sont favorisées par une action mécanique profonde, sur leur micro-structure dans la phase liquide comme par exemple par le broyage par percussion, défibra- ge ou écrasement ou encore par l'amenée de calories,le cas échéant combinée avec la pression.

   Cette phase liquide peut consister en eau, en solution aqueu- se   ou/et   en hydrocarbures combustibles liquides et contenant de   ],'eau   comme les alcools, cétones,   aminoalcools,   phénols, aldéhydes,   oxyaldéhydes,     etc...,   
Les processus de dissolution et de dispersion peuvent être gui- dés ou accélérés par l'emploi de gaz ayant une action décomposante comme l' oxygène, l'acide carbonique ou l'ammoniac, par une augmentation de la tempé- rature et éventuellement suivant la nature de la phase liquide,par une aug- mentation de la pression, le cas échéant en combinaison avec des constituants dégageant de l'oxygène, tels que peroxydes, perborates, persulfates, l'ozone, les oxydes d'azote et/ou de substances abandonnant de   l'oxygène,

     telles que les combinaisons des groupes 1, 6, 7 ou 8 du système périodique des éléments. 



   D'autres particularités ressortiront des exemples suivants, expli- qués en s'en référant au dessin schématique   ci-contre :   Exemple 1. 



   1000 kg de bois de hêtre sont fendus et sectionnés dans l'appareil débiteur 1. Les fragments sont dirigés.en passant par un silo 2, vers deux chaudières à pression 1 et 3' placées en parallèle et traités   en 1   à environ 250 C et 40 atm. par de l'eau sous pression, exempte de toute substance in- combustible pouvant déposer, pendant une durée d'environ 40 secondes. 



   On fait alors agir l'eau sous pression dans la chaudière 3' remplie elle aussi de copeaux frais et la chaudière 1 est détendue pendant un court délai. La masse de bois finement défibrée qui en est évacuée vers le dehors est reprise dans le réservoir   4   avec de l'eau provenant du circuit lui-même et enrichie d'éléments de bois solubles ou encore avec de l'eau fraiche,   exemp-   te de substances susceptibles de donner des cendres et dont la température est sensiblement inférieure à celle de la masse de bois, par exemple de 50 C, et par exemple dans la proportion de 1 de bois pour 2 d'eau ou de solution aqueu- se, pour être ensuite passée de façon continue au travers d'un moulin fin 7, sans tamis. 



   Ce moulin travaille par exemple sous une pression totale relative de 5 atmosphères et une température d'environ 150 C. A la matière alimentée dans le moulin on additionne par l'emploi d'un dispositif de dosage de l'air enrichi en oxygène provenant du   réservoir 2.   en telle proportion que 2 cm3 d'oxygène sont contenus dans 1 litre d'eausous pression exempte de résidus, 
Comme véhicule pour   l'oxygène,   on emploie 0,1 gr de manganèse, (sous forme de sulfate de manganèse) dans un litre   d'eaux   
Le mélange réactif est brassé par la pompe à liquides épais 8, pais soutiré et respectivement remplacé par de la masse fraîche venant de   /.;., de   telle façon que le temps de séjour dans le moulin soit d'environ 5 mi-   nutes.   



   Le mélange réactif soutiré de façon continue de ce premier stade de déformation mécanique (ou de ce deuxième stade si   l'on   envisage le défi- brage par expansion brutale   dans .2   et   :)qui,   en moyenne contient en solution déjà 60% en poids de la substance du bois, en plus de fines particules lig- neuses solides, ayant une dimension d'environ 50 microns,est dans les mêmes conditions de travail que dans le moulin susdit   7,   traité de façon continue dans un moulin vibrant à colloïdes 10, et brassé par la pompe Il à liquides épais. 



   Les processus de dissolution et de transformation sont après une durée de réaction d'environ huit minutes,avancés   à   tel point que plus de 85% en poids de la masse initiale est passée en solution. Le bois restant non encore dissout, est pendant le broyage par percussion, réduit à environ 1 micron de telle façon qu'à cette finesse il ne trouble plus les propriétés liquides du réactif. 

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   Il n'est dès lors pas nécessaire de prolonger davantage la derniè- re phase du broyage et respectivement la déformation mécanique, vu que par e- xemple après 15 minutes de séjour dans le broyeur à percussion, plus de 95% de la substance ligneuse est passée en solution. 



   Les particules solides qui peuvent encore être décelées par voie ultra-microscopique sont vraisemblablement combinées chimiquement avec l'eau, sous la forme d'hydrates, de telle façon qu'une molécule de ces particules s' unit avec une molécule d'eau. 



   Le produit sortant du moulin 10 est dirigé sur la paire de concen- trateurs 12, 12' actionnés en l'espèce de façon discontinue. 



   Après remplissage aux   2/3,   par une soupape de détente, en prove- nance de la chambre de vapeur de la chaudière, on laisse entrer dans le con- densateur 13 une quantité de vapeur telle que le contenu de l'appareil épais- sisseur 12, appelé aussi "bois liquide!! présente un rapport masse sèche / eau qui soit de 70 à 300 
Le produit fini sort des épaississeurs 12., 12' et passe dans le réservoir 14. La stabilité du bois liquide ainsi fabriqué est pratiquement illimitée.

   Elle est stabilisée davantage si avant la dernière phase de désin- tégration, on ajoute, par exemple par introduction dans le dispositif doseur 9 , des petites quantités, par exemple 0,1% en poids, d'un produit liquide de conservation si possible exempt de toute matière pouvant former éventuelle- ment des cendres, et qui empêche toutes apparitions de fermentation et peut, le cas échéant, encore développer un effet d'émulsion, comme par exemple 1' huile turcone. 



   Le pouvoir calorifique inférieur du bois liquide fabriqué comme il vient d'être dit, est de   3050   calories par kg; le rendement est d'environ 850 kg. 



  Exemple 2. 



   1000 Kg de tiges de mais sont hachées dans l'appareil 1 puis, si besoin en est,moyennant ajoute d'eau provenant du circuit ou du réser- voir d'eau fraîche 16, lorsque le produit est très sec, elles sont par l'en- tremise du réservoir 4, alimentées dans le moulin finisseur 7. 



   Le moulin 2 travaille à environ la atmosphères et sous 180 C. Par le dispositif de dosage 6 on ajoute 1,5% en poids   d'une   solution à 30% d'eau oxygénée, le rapport masse sèche / eau étant maintenu de 1 /   4.   Si le pro- duit résultant n'est pas assez liquide, au moyen de la pompe 17 on ajoute de l'eau venant du circuit. La pompe 8 à liquides épais brasse le produit du moulin 1 jusqu'au moment où plus de 60% de la matière solide est passée en solution. 



   Dans les conditions de travail choisies, cela se produit après   4   minutes de broyage environ. 



   Dans la mesure où le produit traité dans la première phase passe continuellement dans le moulin vibrant   à   colloïdes   10,   la matière obtenue s' écoule vers le moulin finisseur 7. Le moulin vibrant à colloïdes 10 travaille à environ 5 atmosphères sous   150 C   Le produit qui en sort est alors pompé au moyen de la pompe à liquides épais 11. 



   La durée moyenne de séjour dans le moulin 10 est d'environ 8 minutes et le produit traité qui s'écoule vers les appareils épaississeurs 12 et 12' placés en parallèle, contient au maximum 5% en poids de matières Fines non dissoutes. Comme il a déjà été dit pour l'exemple 1, la teneur en eau est réglée par exemple dans le cas présent à 35% en poids, Gomme moyen de conservation on ajoute du phénol brut à raison d'environ 0,15 % en poids. 



   Le pouvoir calorifique inférieur de ces tiges de mais liquéfiées est d'environ 2930 calories par kilogramme et le rendement s'élève à environ 540 Kg. 



   Dans tous les cas il est utile d'éliminer les éléments incombusti- 

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   bles   de la phase liquide du produit fini avant de régler le rapport masse sè- che - eau par exemple par adsorption sélective ou bien par précipitation et filtration (indiquées dans le dessin schématique par la pompe 18, le réser- voir à précipitation 19 et le filtre 20) aussi longtemps que leur teneur rap- portée à la masse sèche ne dépasse pas sensiblement 0,3% en poids,   @   
En outre,il est avantageux de réaliser le traitement dans la pha- se liquide à chaud, à au moins 70 C environ et de ne pas aller au dessus de 250 Go 
Il s'est avéré particulièrement favorable avant d'alimenter la matière dans les chambres de travail, par exemple dans'les chaudières 3, 3' du schéma, de régler le rapport masse sèche / eau,

   de sorte qu'il soit au moins 1-1 et mieux encore 1-2, 
Après la fin des réactions, le rapport masse sèche/ eau peut se situer entre 1-1 et 9-1 mais de préférence à environ 2-3 / 1.   D'ailleurs   il ne sera pas difficile pour le spécialiste de déterminer par des expériences simples dans le cadre de la présente invention, à quels température, pression, degré de division, etc, le produit initial peut être le plus facilement tra- vaillé pour l'obtention du but de la présente invention. 



   REVENDICATIONS 
1.- Procédé pour la fabrication   de-   combustibles liquides à partir de matières constitutives des plantes, comme le bois, les plantes à feuilles ou à tiges contenant de la cellulose, algues, etc.., de même que de la tour- be, caractérisé par le fait que ces substances soumises à une déformation mécanique profonde de leur micro-structure moyennant apport de chaleur et éven- tuellement sous pression, sont liquéfiées et/ou amenées à un état similaire à un liquide par exemple dispoersoïde.

Claims (1)

1. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement mécanique se fait par phases successives.

   3.- Procédé suivant les revendications 1 à 2, caractérisé par le fait que dans la phase liquide on opère à des températures variant entre 70 et 250 C.

   4.- Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la phase de vapeur ou de gaz dans les appareils de réaction est en- richie d'oxygène et/ou de gaz, qui cèdent de l'oxygène.

   5.- Procédé suivant les revendications 1 à 3caractérisé par le fait que la phase de vapeur et respectivement de gaz dans les appareils de réaction, contient de l'anhydride carbonique et/ou de l'ammoniac.

   6.- Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la phase liquide dans les appareils de réaction contient des subs- tances qui cèdent de l'oxygèneo 7.- Procédé suivant les revendications 1 et suivantes, caracté- risé par le fait qu'avant les réactions, la proportion masse sèche = eau est réglée à au moins 1-1 et de préférence à 1-2.

   8.- Procédé suivant les revendications 1 et suivantes, caractéri- sé par le fait que la proportion masse sèche - eau après la fin des réactions, est réglée entre 1-1 et 9-1, et de préférence à 2-3 / 1.

   9.- Procédé suivant les revendications 1 et suivantes, caractéri- sé par le fait que les éléments incombustibles de la phase liquide du produit fini sont éliminés avant le réglage du rapport masse sèche / eau, par exemple par adsorption sélective ou par précipitation et filtration, de telle sorte que leur contenu rapporté à la masse sèche ne dépasse pas de beaucoup 0,3% en poids. en annexe 1 dessine