EP0095972A1 - Carburant pour moteur à explosion constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif liquide - Google Patents

Carburant pour moteur à explosion constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif liquide Download PDF

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EP0095972A1
EP0095972A1 EP83401024A EP83401024A EP0095972A1 EP 0095972 A1 EP0095972 A1 EP 0095972A1 EP 83401024 A EP83401024 A EP 83401024A EP 83401024 A EP83401024 A EP 83401024A EP 0095972 A1 EP0095972 A1 EP 0095972A1
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EP
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fuel
mixture
additive
alcohols
fuel gas
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EP83401024A
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Inventor
Michel Goubert
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UNION DES GAZ MODERNES
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UNION DES GAZ MODERNES
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas

Definitions

  • the invention relates to a fuel for an internal combustion engine, consisting of the mixture of a fuel gas and an additive normally liquid under ambient conditions of temperature and pressure chosen from hydrocarbons, alcohols and mixtures of these products.
  • the invention therefore essentially aims to design a fuel for an internal combustion engine, consisting of a mixture of fuel gas and an additive normally liquid under ambient conditions of temperature and pressure, chosen from hydrocarbons and / or alcohols and / or mixtures of these products.
  • a fuel according to the invention is essentially characterized by the fact that the additive is present in the mixture at a rate of approximately 160 to 240 grams per meter gaseous fuel cube, this fuel being intended to be combined with atmospheric air as an oxidizer.
  • the proportion of additive would be insufficient and the fuel would have ordinary characteristics; in other words, such a fuel would bring only few advantages compared to the fuels commonly used.
  • the additive content was greater than approximately 240 grams per cubic meter of gaseous fuel, the performance of the new fuel would be exceptional, but this fuel would be too difficult to control (in particular vaporization temperature); the use of the mixture as fuel for an internal combustion engine would then be impossible in practice.
  • the fuel of the invention combines the respective advantages of liquid fuels (ordinary petrol or super petrol) and liquefied gaseous fuels (liquefied petroleum gas LPG) without have the disadvantages s low cost, low pollution, higher calorific value, high octane number, reduced consumption, higher engine acceleration times, higher lubricating power at the exhaust valves, low deposits in the engine resulting in less maintenance, etc.
  • the fuel gas is a mixture of propane, isobutane, normalbutane and optionally ethane and / or their unsaturated derivatives.
  • the fuel gas is advantageous for the envisaged applications.
  • the additive comprises, on the one hand, a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons and, on the other hand, an alcohol or a mixture of alcohols, and the proportion of the hydrocarbon (s) is much higher than that of the or spirits.
  • the hydrocarbon (s) present in the additive are chosen from paraffinics, isoparaffins, cycloparaffins and aromatics of C 5 to C 8 (in particular isopentane, n-pentane, neopentane, hexane and isomers, heptane, octane) present in a proportion of 4 to 11% by volume in the liquefied fuel gas, depending on the properties sought.
  • the alcohol or alcohols present in the additive are chosen from C 1 to C 4 alcohols (in particular methyl, ethyl, propyl, butyl alcohols) present in an amount of less than 1.1% by volume in the liquefied fuel gas, depending on the desired properties.
  • the fuel according to the invention is intended to burn with an oxidizer consisting of atmospheric air and consists of the mixture of a preferably liquefied fuel gas and an additive normally liquid under the conditions of temperature and pressure.
  • the fuel gas advantageously consists of butane, propane, isobutane, normalbutane and optionally ethane and / or their unsaturated derivatives.
  • gaseous fuels such as natural gas or LPG, can be used alone, or in combination with one another or with butane and / or propane.
  • the additive must be liquid under ambient temperature and pressure conditions and it is chosen from hydrocarbons and / or alcohols.
  • hydrocarbons which can be used in the context of the invention are straight or branched chain alkanes and C 5 to C 20 cycloalkanes, straight or branched chain alkenes and alkines and C to C 20 cycloalkenes and cycloalkines , monocyclic (benzene) and polycyclic aromatic derivatives (naphthalene, anthracene and phenanthrene), as well as C 7 to C 20 arenas (benzenes substituted by straight or branched chain radicals).
  • hydrocarbon additives are straight or branched chain alkanes, cycloalkanes, alkenes and C 5 -C 8 cycloalkenes (paraffinic, isoparaffinic, cycloparaffinic and aromatic).
  • the alcohols which can be retained are monoalcohols, dialcohols and polyalcohols C 1 to C 4 corresponding to the abovementioned hydrocarbons.
  • the preferred alcohols are the mono-, di- and polyalcohols corresponding to the aforementioned C 1 to C 8 hydrocarbons, for example methanols, ethanols, propanols, butanols, pentanols, hexanols, heptanols, octanols, pentenols, hexenols, heptenols and octenols.
  • the most advantageous alcohols are C 1 to C 4 alcohols.
  • the additives which can be used in the context of the invention are unsubstituted compounds, comprising only hydrogen and carbon atoms, and optionally oxygen in the case of alcohols. As a result, in their combustion, these additives only provide by-products of carbon and hydrogen.
  • an additive consisting of a chain of 5 to 20 carbon atoms is generally suitable.
  • the chain contains less than 5 carbon atoms, the heat of combustion of the hydrocarbon derivative of the alcohol is very low and the additive cannot significantly improve the fuel gas.
  • the quantity of liquid additive introduced into the fuel gas can vary: in general, the heat of combustion and the efficient heat transfer are all the more important as the quantity of additive is itself large.
  • the amount of additive introduced into the fuel gas must be between 160 and 240 grams per cubic meter of gaseous fuel.
  • the additive can advantageously be composed of a mixture of a first additive A 1 , itself consisting of a mixture of hydrocarbons - comprising aloanes C 5 to C 8 (in particular isopentane, n-pentane, neopentane, hexane and isomers, heptane, octane) present at a rate of 4 to 11% by volume in the liquefied fuel gas according to the desired properties -, and of a second additive A 2 , itself consisting of a mixture of alcohols - comprising C 1 to C 4 alcohols (in particular methyl, ethyl, propyl, butyl alcohols) - present at a rate of less than 1.1% by volume in the fuel gas depending on the desired properties.
  • a first additive A 1 itself consisting of a mixture of hydrocarbons - comprising aloanes C 5 to C 8 (in particular isopentane, n-pentane, neopentane, he
  • additives A 1 and A 2 can be chosen as follows: Additive A 1 Additive A 2
  • the fuel thus constituted has a very good octane index (engines having a compression ratio greater than 9.5) and a good performance index; it will preferably be used for industrial engines, rather than for the engines of private vehicles traveling a lot.
  • composition - the additive A 1 comprises
  • Such a fuel has a good actane index and a very good performance index; it will find use in supplying engines with a normal compression ratio ( ⁇ 9.5), fitted to vehicles commonly used in urban and road cycles.
  • This fuel has a very good octane rating and a very good performance rating: it can therefore be used for all conceivable applications.
  • the fuels according to the invention combine the respective qualities of liquid fuels (ordinary gasoline or gasoline) and gaseous fuels such as petroleum-liquefied gas LPG, without having the respective disadvantages.
  • the fuel according to the invention has an octane number equivalent to that of conventional LPG fuel marketed in France, whose octane number is itself higher than that of liquid fuels.
  • the fuel of the invention gives the engine a power substantially equivalent to that provided by liquid fuels, which is approximately 5 to 6% higher than that provided by a conventional LPG fuel.
  • the new fuel allows engine accelerations comparable to those obtained with liquid fuels and much higher (of the order of + 15%) than those obtained by an engine powered by conventional LPG fuel.
  • the fuel according to the invention further improves these antipollution characteristics, in particular as regards the level of carbon monoxide released.
  • the new fuel has a lubricating power, at the exhaust valves, which is much higher than that of conventional LPG fuels, drier than liquid fuels.
  • the fuel of the invention very clean, does not generate carbonaceous formations (deposit, varnish) and does not alter the qualities of engine oils during combustion.
  • the engine oil changes can be much more spaced than in the case of an engine supplied with conventional liquid fuels.

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Abstract

L'invention concerne un carburant pour moteur à explosion, constitué par un mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression choisi parmi les hydrocarbures, les alcools, les esters et les mélanges de ces produits, caractérisé en ce que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.

Description

  • L'invention concerne un carburant pour moteur à explosion, constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression choisi parmi les hydrocarbures, les alcools et les mélanges de ces produits.
  • On connaît déjà des combustibles industriels correspondant à la composition ci-dessus dans lesquels l'additif est présent pour une quantité comprise entre 28 grammes et 85 grammes par kilogramme de gaz combustible. Les applications prévues pour de tels combustibles se situent dans la production de flammes très chaudes nécessaires par exemple pour les opérations de traitement des métaux telles que coupage, soudage, brasage, durcissement à la flamme, etc.
  • En tout état de cause, ces combustibles connus sont impropres à être utilisés en tant que carburants pour moteurs à explosion en raison de la trop faible proportion d'additif présent dans le mélange et de l'insuffisance de leurs caractéristiques pour obtenir des performances satisfaisantes.
  • L'invention a donc essentiellement pour but de concevoir un carburant pour moteur à explosion, constitué par un mélange de gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression, choisi parmi les hydrocarbures et/ou les alcools et/ou les mélanges de ces produits.
  • Un carburant conforme à l'invention se caractérise essentiellement par le fait que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.
  • Si la teneur en additif était inférieure à environ 160 grammes par mètre cube de carburant gazeux, la proportion d'additif serait insuffisante et le carburant posséderait des caractéristiques ordinaires ; autrement dit, un tel carburant n'apporterait que peu d'avantages par rapport aux carburants couramment utilisés.
  • Par contre, si la teneur en additif était supérieure à environ 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, les performances du nouveau carburant seraient exceptionnelles, mais ce carburant serait trop difficile à maîtriser (notamment température de vaporlsation) ; l'utilisation du mélange en tant que carburant pour moteur à explosion serait alors impossible dans la pratique.
  • D'une façon surprenante, on a constaté, au cours d'essais, que le carburant de l'invention réunissait les avantages respectifs des carburants liquides (essences ordinaires ou essences super) et des carburants gazeux liquéfiés (gaz de pétrole liquéfiés GPL) sans en présenter les inconvénients s faible coût, peu polluant, pouvoir calorifique supérieur, indice d'octane élevé, consommation réduite, reprises d'accélération du moteur supérieures, pouvoir lubrifiant supérieur au niveau des soupapes d'échappement, faibles dépôts dans le moteur entraînant un entretien moindre, etc.
  • De préférence, le gaz carburant est un mélange de propane, d'isobutane, de normalbutane et éventuellement d'éthane et/ou de leurs dérivés insaturés.
  • Pour les applications envisagées, il est intéressant que le gaz carburant soit liquéfié.
  • Avantageusement, l'additif comprend, d'une part, un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures et, d'autre part, un alcool ou un mélange d'alcools, et la proportion du ou des hydrocarbures est très supérieure à celle du ou des alcools.
  • Dans un exemple de composition, le ou les hydrocarbures présents dans l'additif sont choisis parmi les paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques en C5 à C8 (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié, en fonction des propriétés recherchées. De même, le ou les alcools présents dans l'additif sont choisis parmi les alcools en C1 à C4 (notamment alcools méthyliques, éthyliques, propy- liques, butyliques) présents à raison de moins de 1,1 % en volume dans le gaz carburant liquéfié, en fonction des propriétés recherchées.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains exemples donnés uniquement à titre illustratif.
  • Le carburant conforme à l'invention est destiné à brd- ler avec un comburant constitué par l'air atmosphérique et est constitué par le mélange d'un gaz carburant de préférence liquéfié et d'un additif normalement liquide dans les conditions de température et de pression.
  • Le gaz carburant est avantageusement constitué par du butane, du propane, de l'isobutane, du normalbutane et éventuellement de l'éthane et/ou leurs dérivés insaturés. Bien entendu, d'autres carburants gazeux, tels que du gaz naturel ou du GPL, peuvent être utilisés seuls, ou en combinaison entre eux ou avec le butane et/ou le propane.
  • L'additif doit être liquide dans les conditions de température et de pression ambiantes et il est choisi parmi les hydrocarbures et/ou les alcools.
  • Les hydrocarbures qui peuvent être retenus dans le cadre de l'invention sont les alcanes à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcanes en C5 à C20, les alcènes et alcines à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcènes et cycloalcines en C à C20, les dérivés aromatiques monocycliques (benzènes) et polycycliques (naphtalènes, anthracènes et phénanthrènes), ainsi que les arènes en C7 à C20 (benzènes substitués par des radicaux à chaîne droite ou ramifiée).
  • Les additifs hydrocarbonés les plus avantageux sont les alcanes à chaîne droite ou ramifiée, les cycloalcanes, les alcènes et les cycloalcènes en C5 à C8 (paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques).
  • Les alcools qui peuvent être retenus sont les monoal- cools, les dialcools et les polyalcools en C1 à C4 correspondant aux hydrocarbures susmentionnés.
  • Les alcools préférés sont les mono-, di- et polyalcools correspondant aux hydrocarbures en C1 à C8 susmentionnés, par exemple les méthanols, éthanols, propanols, butanols, pentanols, hexanols, heptanols, octanols, penté- nols, hexénols, hepténols et octénols.
  • Les alcools les plus avantageux sont les alcools en C1 à C4.
  • Les additifs utilisables dans le cadre de l'invention sont des composés non substitués, ne comportant que des atomes d'hydrogène et de carbone, et éventuellement d'oxygène dans le cas des alcools. Il en résulte que, dans leur combustion, ces additifs ne fournissent que des sous-produits du carbone et de l'hydrogène.
  • On notera également qu'un additif constitué par une chatne de 5 à 20 atomes de carbone convient d'une façon générale. Par contre, lorsque la ohaîne contient moins de 5 atomes de carbone, la chaleur de combustion du dérivé hydrocarboné de l'alcool est très faible et l'additif ne peut pas améliorer sensiblement le gaz carburant.
  • Bien entendu, la quantité d'additif liquide introduite dans le gaz carburant peut varier : en général, la chaleur de combustion et le transfert de chaleur efficace sont d'autant plus importants que la quantité d'additif est elle-même importante.
  • Cependant, dans le cas de mélanges très riches contenant une quantité trop élevée d'additif, la combustion ne peut pas toujours s'effectuer de façon complète : dans ce cas, le rendement diminue et il en résulte également un accroissement du coût et de la quantité d'oxyde de carbone libérée. De ce fait, la quantité d'additif introduite dans le gaz carburant doit être comprise entre 160 et 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux.
  • En outre, dans le cas où le carburant doit être utilisé de façon publique en France, il doit satisfaire à la législation relative aux carburants GPL qui prévoit la présence de propane dans une proportion comprise entre 19 et 50 % en volume.
  • Dans le cas où le gaz carburant est constitué par un mélange butane-propane, l'additif peut avantageusement être composé d'un mélange d'un premier additif A1, lui-même constitué d'un mélange d'hydrocarbures - comprenant des aloanes en C5 à C8 (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié en fonction des propriétés recherchées -, et d'un second additif A2, lui-même constitué d'un mélange d'alcools - comprenant des alcools en C1 à C4 (notamment alcools méthylique, éthylique, propylique, butylique) - présents à raison de moins de 1,1 % en volume dans le gaz carburant en fonction des propriétés recherchées.
  • Par exemple, les additifs A1 et A2 peuvent être choisis de la manière suivante : Additif A1
    Figure imgb0001
    Additif A2
    Figure imgb0002
  • On va maintenant donner quelques exemples de carburants constitués conformément à l'invention.
    • Exemple 1
  • Figure imgb0003
  • dans laquelle composition :
    Figure imgb0004
  • Le carburant ainsi constitué possède un très bon indice d'octane (moteurs ayant un taux de compression supérieur à 9,5) et un bon indice de performance ; il sera de préférence utilisé pour des moteurs industriels, plutôt que pour des moteurs de véhicules de particuliers faisant beaucoup de route.
    • Exemple 2
  • Figure imgb0005
    dans laquelle composition - l'additif A1 comprend
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
  • Un tel carburant possède un bon indice d'actane et un très bon indice de performance il trouvera une utilisation pour alimenter des moteurs ayant un taux de compression normal (<9,5), équipant des véhicules utilisés couramment en cycles urbains et routiers.
    • Exemple 3
  • Figure imgb0008
  • dans laquelle composition :
    Figure imgb0009
  • Ce carburant possède un très bon indice d'octane et un très bon indice de performance : il pourra donc être utilisé pour toutes les applications envisageables.
  • D'une façon générale, les carburants conformes à l'invention réunissent les qualités respectives des carburants liquides (essences ordinaires ou essences )super) et des carburants gazeux tels que les gaz de pétrole-liquéfiés GPL, sans en présenter les inconvénients respectifs.
  • Le carburant conforme à l'invention possède un indice d'octane équivalent à celui du carburant GPL classique commercialisé en France, dont l'indice d'octane est lui-même supérieur à celui des carburants liquides.
  • Le carburant de l'invention confère au moteur une puissance sensiblement équivalente à celle fournie par les carburants liquides, laquelle est supérieure d'environ 5 à 6 % à celle procurée par un carburant GPL classique.
  • Le nouveau carburant autorise des accélérations du moteur comparables à celles obtenues avec les carburants liquides et très supérieures (de l'ordre de +15 %) à celles procurées par un moteur alimenté en carburant GPL classique.
  • Alors qu'un carburant GPL classique génère une consommation par 100 kilomètres supérieure de 10 à 15 % à celle générée par l'emploi d'un carburant liquide classique (essence ordinaire ou essence super), le nouveau carburant génère, en cycle urbain, une consommation qui n'est que d'environ 3 % supérieure à celle enregistrée avec un carburant liquide classique et qui est d'environ 7 % inférieure à celle enregistrée avec un carburant GPL classique.
  • Alors que les carburants GPL classiques, pour ce qui concerne la pollution atmosphérique, possèdent des caractéristiques extrêmement intéressantes vis-à-vis des carburants liquides (oxyde de carbone rejeté réduit d'environ 90 %, hydrocarbures imbrûlés et oxydes d'azote réduits d'environ 50 %, teneurs en plomb et en soufre pratiquement nulles), le carburant conforme à l'invention améliore encore ces caractéristiques antipollution, notamment pour ce qui concerne le taux d'oxyde de carbone rejeté.
  • Le nouveau carburant possède un pouvoir lubrifiant, au niveau des soupapes d'échappement, qui est nettement supérieur à celui des carburants GPL classiques, plus secs que les carburants liquides.
  • Enfin, de même que les carburants GPL classiques, le carburant de l'invention, très propre, ne génère pas de formations carbonées (dépôt, vernis) et n'altère pas, lors de sa combustion, les qualités des huiles du moteur il en résulte que les vidanges du moteur peuvent être beaucoup plus espacées que dans le cas d'un moteur alimenté en carburants liquides classiques.
  • Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (6)

1 Carburant pour moteur à explosion, constitué par un mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression choisi parmi les hydrocarbures, les alcools et les mélanges de ces produits, caractérisé en ce que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.
2 - Carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz carburant est un mélange de propane, d'isobu- tane, de normalbutane et éventuellement d'éthane et/ou de leurs dérivés insaturés.
3 - Carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz carburant est liquéfié.
4 - Carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'additif comprend, d'une part, un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures et, d'autre part, un alcool ou un mélange d'alcools, et en ce que la proportion d'hydrocarbure(s) est très supérieure à celle d'alcool(s).
5 - Carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les hydrocarbures sont choisis parmi les paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques en C5 à C8 présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié.
6 - Carburant selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les alcools sont choisis parmi les alcools en C1 à C4 et en ce qu'ils sont présents à raison de moins de 1,1% en volume dans le gaz carburant liquéfié.
EP83401024A 1982-06-02 1983-05-24 Carburant pour moteur à explosion constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif liquide Withdrawn EP0095972A1 (fr)

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