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HUILES COMBUSTIBLES POUR MOTEURS A COMBUSTION-INTERNE ET LEUR PROCEDE
D'OBTENTION.
On sait que dans les moteurs thermiques et plus particulièrement dans les moteurs à combustion interne, il peut se produire de sévères corro- sions sur les parties internes du moteur en contact avec les produits de la combustion. Ceci est particulièrement vrai, lorsque le combustible utilisé est un résidu provenant de la distillation d'huile brute naturelle ou contient des quantités appréciables de ces résidus.
On sait également que lorsqu'on utilise de tels résidus comme huile combustible dans les installations de production d'énergie, il peut se produire de sérieuses corrosions dans les réchauffeurs d'air ou sur d'autres parties métalliques exposées au gaz de combustion., Ces corrosions peuvent se produire même lorsque des parties du réchauffeur atteignent des températures de 900 c'est-à-dire bien supérieures à celles du point de rosée des gaz de combustion.
Les demandeurs supposent,que, dans les deux cas, la corrosion est due à l'anhydride sulfurique et à 1-'acide sulfurique provenant de l'oxydation de l'anhydride sulfureux contenu dans les gaz de combustion, étant donné que les huiles brutes renferment toujours plus ou moins de composés sulfurés. Cet- te oxydation est provoquée par Inactivité catalytique du vanadium et du chro- me contenus très fréquemment dans les huiles minérales brutes, en quantité telle que les résidus de distillation de ces huiles peuvent renfermer de 020001- à 0,5% de vanadium et de chrome.
On sait également que les oxydes de ces métaux sont des catalyseurs actifs facilitant l'oxydation du SO2 en SO3 et cette ac- tion catalytique est utilisée pour la production d'anhydride sulfurique et d'acide sulfurique dans l'un des procédés industriels dits par contact.
Lorsque des corrosions importantes se sont produites sur des ré- chauffeurs d'installations thermiques, on a constaté que, sur les parties
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corrodées, il s'était formé une masse fondue renfermant des pyrosulfates des métaux alcalins contenus dans les cendres de l'huile combustible, du fer provenant de la surface corrodée, du vanadium et du chrome. Cette masse peut également contenir un excès de SO3, mais, dans tous les cas, elle est natu- rellement capable de dissoudre le fer et d'autres métaux et, par conséquent, de produire des corrosions graves.
De plus, les demandeurs on trouvé (H.Topse and A. Nielsen, Trans.
DanishAcad. Tech. Sci. 1949, No.l) qu'une masse fondue de ce genre joue le rôle de catalyseur pour la transformation par oxydation de SO2 en SO3, à tel point que cette propriété peut être utilisée pour produire industriellement de l'acide sulfurique.
On suppose que dans les gaz de combustion, cette action cataly- tique se produit également à la surface des particules de cendres, transpor- tées par les gaz de combustion, de sorte que ces particules sont recouvertes d'une masse fondue de substance renfermant S03 ou transformées en une telle masse. Lorsque cette masse se dépose sur les surfaces en contact avec les gaz de combustion, il se forme des dépôts ou des couches qui augmentent l'éten- due des surfaces catalytiques actives et qui retiennent d'autres quantités de S03 et de vanadium.
En tous cas, l'activité catalytique du vanadium con- tenu dans les cendres a pour résultat un accroissement du rapport SO3 dans SO3 les gaz de combustion quittant l'installation, et des corrosions importantes peuvent se produire sur les parties métalliques exposées à l'action de ces gaz, même àtempératures élevées.
Il est évident qu'on ne peut trouver des dépôts analogues sur les surfaces actives internes des moteurs à combustion, par exemple du type Diesel, utilisant des huiles combustibles renfermant du vanadium, mais on a constaté que des dépôts détachés de surfaces corrodées du piston, des seg- ments de piston et des parois du cylindre, de moteurs dans lesquels on avait utilisé des huiles renfermant du vanadium, contenaient des quantités consi- dérables de sulfates et aussi de vanadium.
Les hypothèses mentionnées ci-dessus, ont été, en outre, confir- mées par des essais faits sur des moteurs Diesel marins pendant des périodes de longue durée. Lorsqu'on utilise un gas-oil contenant 1% de soufre, les gaz d'échappement renferment en volume 0,05% d'un mélange de S02 + SO3, dans le- quel le S03 ne représente que 4 à 5%. Avec ce combustible, la durée des cylin- dres est d'environ 200000 heures.
Lorsque le combustible est constitué par 50% du même gas-oil et 50% d'un résidu d'huile brute (Near East) renfermant envi- ron 2% de soufre et 0,007% de cendre contenant plus de 50% de V2O5, les gaz d'échappement renfermant 0,10 volume % d'un mélange de S02 + SO3 dans lequel le SO3 représente environ 20% Après une durée de marche de 20000 heures avec ce combustible, l'usure à la surface des cylindres s'est révélée être de 7 mm (1% du diamètre du cylindre) et les chemises des cylindres ont dû être mises au rebut.
Le but de la présente invention est de fournir des moyens pour empêcher ou réduire la corrosion sur les parties intérieures des moteurs à combustion interne, corrosion due à la présence de vanadium et de chrome dans l'huile combustible utilisée. Les demandeurs ont trouvé que cette corrosion peut être considérablement réduite si l'on ajoute à l'huile combustible des composés de certains métaux dont les oxydes sont capables d'empêcher ou de ré- duire considérablement l'action catalytique du vanadium et du chrome sur l'oxy- dation de S02 en S03. Les demandeurs ont trouvé que cette corrosion peut être considérablement réduite, si l'on ajoute, à l'huile combustible, des composés des métaux alcalino-terreux, du magnésium et de l'aluminium en quantité repré- sentant de 0,001 à 0,5% de l'huile.
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Ces agents peuvent être des composés qui, par chauffage à la tem- pérature de combustion des huiles minérales en présence d'un excès d'oxygène, peuvent former des oxydes et d'autres composés non volatils capables de rédui- re l'activité catalytique du vanadium. Par conséquent, les silicates ne con- viennent pas car ils ne forment pas d'oxydes à ces températures, mais les oxy- des eux-mêmes aussi bien que les carbonates, les sulfates et les nitrates et d'autres sels inorganiques peuvent être incorporés dans l'huile combustible dans les proportions mentionnées ci-dessus. Afin d'empêcher que ces composés ne se déposent dans l'huile, il est avantageux de les ajouter à l'état finement diviséo Il est également avantageux de sécher les substances à ajouter avant de les incorporer dans l'huile.
Toutefois, les demandeurs préfèrent utiliser ceux des composés de ces métaux qui sont solubles dans l'huile. De tels composés solubles sont formés par les savons de ces métaux et des acides gras à poids moléculaire é- levé, tels que l'acide stéarique ou oléique et les savons de résine. Les sa- vons naphténiques se sont révélés particulièrement aptes à cet usage, car ils sont facilement solubles dans les huiles minérales et disponibles à des prix peu élevéso Les savons utilisés ne doivent pas contenir de quantités appré- ciables d'eau, car celle-ci produirait avec l'huile la formation de gels qui seraient difficiles à dissoudre dans l'huile.
Des essaix effectués aves des huiles combustibles selon l'inven- tion ont montré que des additions à l'huile, en proportions spécifiées ci- dessus, de composés des métaux précités réduisent considérablement le rap- port S03 dans les gaz d'échappement ainsi que l'usure et la corrosion des
S02 surfaces intérieures des moteurs Diesel.
Par exemple, on a constaté qu'en ajou- tant une quantité de naphténate de calcium correspondant à 0,02 de calcium, calculée sur le poids de l'huile précitées renfermant du vanadium, le mélange S02 + SO3 dans les gaz d'échappement ne renfermait que 7 à 8% de S030 En com- parant ces chiffres avec les résultats des essais précités, on peut voir que l'addition de naphténate de calcium réduit l'oxydation de S02 au double seule- ment de la teneur en SO3 des gaz de combustion provenant du gas-oil pur.
Les composés des métaux mentionnés peuvent être ajoutés à l'hui- le brute avant distillation. Toutefois, il est préférable d'ajouter ces compo- sés aux résidus de la distillation des huiles brutes,étant donné que l'addi- tion de ces composés aux huiles brutes peut provoquer la formation de dépôts sur les parois intérieures des tubes de chauffage des appareils de distilla- tion. Ceci est particulièrement vrai, lorsque le composé ajouté est un savon, par exemple un naphténate, qui, de plus, formerait très vraisemblablement du coke sur la surface de chauffe.
En outre, étant donné qu'on n'utilise, ordinairement, qu'une fai- ble partie seulement des résidus de la distillation d'huiles brutes, particu- lièrement de bruts renfermant des quantités appréciables de composés sulfurés, comme combustibles pour moteurs à combustion interne, il est plus économique de n'ajouter l'agent améliorant qu'à la partie du résidu vendue pour cet usa- ge.