[0001] L'invention concerne un nouveau procédé de préparation de compositions combustibles
liquides, renfermant de l'asphalte, et dont la combustion, avec des brûleurs industriels
courants, s'effectue avec une émission réduite de particules d'imbrûlés.
[0002] L'évolution de la nature des approvisionnements en pétroles bruts, ainsi que la demande
croissante en produits rafinés légers font que l'industrie pétrolière du raffinage
a développé un grand nombre de procédés divers permettant de convertir les huiles
lourdes naturelles ainsi que les huiles résiduelles, telles que résidus de distillation
atmosphérique ou de distillation sous vide, en fractions plus légères et donc de plus
grande valeur.
[0003] La combustion de ces huiles résiduelles demeure néanmoins une utilisation très largement
appliquée; cependant, afin de respecter les spécifications de viscosité des fuels
commerciaux, ces huiles résiduelles sont diluées par des coupes d'hydrocarbures de
diverses provenances, notamment des coupes de distillation directe (kérosène, gazoles)
ou des effluents d'unités de cracking, de point d'ébullition essentiellement entre
150 et 400°C.
[0004] Les fuels lourds ainsi préparés présentent le plus souvent des teneurs élevées en
carbone Conradson et en asphaltènes, ce qui se traduit, lors de la combustion, par
une émission importante de particules imbrûlées.
[0005] C'est la raison pour laquelle un grand nombre de travaux ont été effectués, tendant
à réduire cette émisson d'imbrûlés lors de la combustion de ces fuels lourds, et en
particulier de façon que ces fuels lourds répondent à la norme NF X 43-003 limitant
l'émission de particules solides entraînées par les gaz de combustion.
[0006] Parmi les procédés utilisés pour réduire cette émission d'imbrûlés, on peut citer
l'emploi d'injections utilisant un fluide auxiliaire tel que l'air comprimé ou la
vapeur d'eau, l'utilisaton d'additifs de combustion, ou encore l'addition d'eau sous
forme d'émulsion dans les fuels.
[0007] Les huiles résiduelles se composent habituellement d'une fraction huileuse et d'une
fraction asphalténique. La fraction huileuse, qui peut être isolée par des procédés
tels que le désasphaltage aux hydrocarbures aliphatiques légers (C
3 à C
7 par exemple), peut être valorisée par des traitements catalytiques appropriés.
[0008] La fraction lourde, dite fraction asphalténique, présente des teneurs en as
phaltènes et en métaux lourds élevées; elle peut subir divers traitements destinés
à la débarasser du solvant de désasphaltage et de la fraction huileuse qu'elle peut
encore contenir et être isolée dans les unités de désasphaltage traitant soit des
pétroles bruts soit des fractions résiduelles de distillation. La fraction résiduaire
ainsi obtenue est nommée asphalte.
[0009] L'art antérieur révèle un cetain nombre de procédés basés sur la combustion d'asphaltes
solides, seuls ou en mélange avec d'autres produits combustibles tels que carbon ou
biomasse, ou d'asphaltes dispersés dans différents milieux.
[0010] C'est ainsi que le brevet japonais J 57 034 198 indique l'utilisation de particules
d'asphaltes comme combustible dans des tuyères de hauts forneaux fonctionnant avec
un excès d'air chaud, un agent désulfurant tel que CaO pouvant être utilisé.
[0011] L'application de latechnique du litfluidisé à la combustion de résidus tels que les
asphaltes a été souvent décrite; on peut citer, par exemple, l'article de G. CHRYSOSTOME
et A. FEUGIER, Revue de l'INSTITUT FRANÇAIS DU PETROLE, vol. 34, N° 5, 1979, p. 813
à 839. Cependant, si ce procédé présente un certain nombre d'avantages, il implique
la mise en place d'un appareillage spécial de grandes dimensions, et est mal adapté
à des installations de chauffe de petites ou moyennes capacités. Le brevet japonais
J 58 160 710 revendique l'utilisation de cette technique, avec addition de scories
ou de cendres d'aluminium et d'agents désulfurants afin d'améliorer la combustion
et de diminuer le taux d'imbrûlés.
[0012] Parmi les documents traitant de l'utilisation des asphaltes solides comme combustibles
en mélange, on peut citer le brevet japonais J 84 012 712 qui décrit une composition
solide, à base d'asphaltes oxydés et de résines oléfiniques, et éventuellement de
la biomasse telle que de la sciure de bois. Cette composition peut être utilisée soit
comme combustible sous forme pulvérulente, soit sous forme liquide après mélange avec
des huiles lourdes. Le brevet japonais J 59 006 290 décrit également un «bio- fuel»
solide composé de résidus pétroliers tels que les asphaltes mélangés avec de la sciure
de bois, des copeaux ou de la paille hachée.
[0013] Un combustible similaire fait l'objet du brevet japonais J 57 151 697 dans lequel
le mélange résidu pétrolier-biomasse est effectuée à chaud.
[0014] Le brevet US 4 302 209 décrit un combustible solide préparé par un mélange de lignite
broyée et l'asphalte en émulsion aqueuse.
[0015] En ce qui concerne la possibilité d'utilisation d'asphaltes comme combustibles en
suspension, le brevet japonais J 56 115 395 propose un combustible formé par une dispersion
de méthanol et d'eau dans des résidus lourds tels que des asphaltes, un agent tensio-actif
pouvant être ajouté au méthanol. Le brevet W 082/01376 concerne une dispersion de
particules contenant du carbone dans un mélange de liquides; la phase liquide est
constituée d'eau, d'huile hydrocarbonée et de tensio-actif, sous forme de micro-émuslion.
[0016] Cependant aucun de ces procédés ne permet, d'une façon pratique et économique, d'obtenir
à partir d'asphaltes un combustible utilisable dans des appareils de chauffe usuels
pour combustibles liquides et produisant peu d'émissions de particules d'imbrûlés.
[0017] L'objet de la présente invention est de pallier cette lacune en décrivant un nouveau
procédé d'obtenir, à partir d'asphaltes, un combustible liquide utilisable dans des
chaudières classiques équipées de brûleurs industriels traditionnels, en produisant
une émission de particules imbrûlées réduite.
[0018] Plus particulièrement, l'invention vise à produire, à partir d'asphaltes, des combustibles
dont la viscosité à 100°C soit comprise entre 20 mm
2/s (1 mm
2/s = 1 cSt) et 3000 mm
2/s, et, de préférence, des combustibles de type fuel lourd N° 2 dont la viscosité
satisfasse à la norme NF T 60-100, c'est à dire présentant à 50°C une viscosité supérieure
à 110 mm
2/s et, à 100°C, une viscosité inférieure à 40
MM2/
S.
[0019] Les proportions relatives d'asphalte et de diluant sont choisies de manière à satisfaire
aux conditions de viscosité précédentes. En règle générale, plus l'asphalte présente
un point de ramollissement élevé et plus grande doit être la quantité de diluant.
En utilisant des proportions pondérales d'asphalte (non dilué) et de diluent allant
de 20 à 80 parties d'asphalte pour 80 à 20 parties de diluant, on obtient la plupart
du temps des combustibles dont la viscosité mesurée à 100°C est comprise dans la fourchette
20 mm
2/s à 3000 mm
2/s indiquée ci-dessus.
[0020] Les combustibles produits par le procédé de la présente invention, utilisés dans
les chaudières à brûleurs traditionnels, présentent un indice pondéral, mesuré suivant
la norme NF X 43.003 inférieur à 450 mg/kWh (1 kWh = 3,6 106 J) et, dans certains
cas, inférieur à 300 mg/kWh, au lieu d'indices pondéraux de l'ordre de 1000 à 1200
mg/kWh qui sont observés lorsque l'on n'utilise pas le procédé de l'invention.
[0021] Ce procédé concerne les asphaltes pouvant se présenter notamment sous les deux formes
suivantes:
- les asphaltes solides, présentant préférentiellement des températures de ramollissement,
déterminées par la méthode bille et anneau suivant la norme ASTM 66.008 supérieure
à 100°C et comprises de préférence entre 120 et 170°C; leur teneur en asphaltènes
(déterminée au n-heptane) est habituellement supérieure à 30% en poids;
- les asphaltes sous forme liquide, qui sont des asphaltes solides tels que définis
ci-dessus, ayant été dilués par un solvant directement à la sortie des unités de désasphaltage,
lorsque l'asphalte est à l'état fondu, ce mélange étant généralement fait en ligne
pendant un temps très court, la plupart de temps inférieur à une minute, le mélange
étant rapidement ramené à une température de l'ordre de 80°C.
[0022] Dans le cas d'asphaltes solides, le procédé consiste à mélanger ceux-ci avec des
diluants, qui sont, de manière classique, les diluants utilisés pour la préparation
des fuels lourds. Ces diluants sont en proportion convenable pour obtenir les viscosités
indiquées plus haut. Dans le cadre de l'invention, on utilise de préférence une coupe
provenant d'unité de cracking catalytique présentant par exemple un intervalle de
distillation compris entre 150 et 400°C, communément appelée «light cycle oil» (L.C.O.).
Ce type de coupe de distillation est obtenu, d'une façon générale, dans les unités
de cracking catalytique traditionnelles, telles que, par exemple, les unités de cracking
catalytique en litfluidisé. Ces unités traitent généralement des charges constituées
de gazoles sous vide ou d'huile désasphaltée qui sont introduits dans le réacteur
(«riser») sous forme partiellement vaporisée, généralement avec de la vapeur d'eau
surchauffée. Les catalyseurs les plus utilisés sont du type zéolite, la température
du réacteur étant le plus souvent de l'ordre de 450 à 700°C et les temps de séjour
préférentiellement compris entre 0,5 et 4 secondes. Les produits obtenus sont séparés
du catalyseur, qui est régénéré en présence d'oxygène. On sépare par distillation
les effluents, dont environ 40 à 60% sont constitués par des essences et environ 15
à 30% constituent le «light cycle oil»; il s'agit d'une coupe de type gazole, très
aromatique, présentant un mauvais indice de cétane, dont l'utilisation principale
est de servir de diluant pour l'obtention de fuels lourds.
[0023] On porte l'ensemble à une température généralement comprise entre 150 et 300°C, et,
de préférence, entre 220 et 275°C et on le maintient dans ce domaine pendant une durée
d'au moins 0, heure et utilement comprise entre 0,5 et 10 h, et, préférentiellement,
entre 1, et 4 h. On opère très avantageusement à 220 - 275°C pendant 1,5 à 3 heures.
[0024] Le rapport pondéral de diluant à l'asphalte est fonction de la nature de l'asphalte
et des caractéristiques du diluant; il est déterminé de façon à obtenir les caractéristiques
viscosimétriques énoncées ci-dessus.
[0025] Le procédé concerne également les asphaltes liquides obtenus par mélange rapide d'asphaltes
et de solvant, comme indiqué auparavant. Si nécessaire la viscosité de ces asphaltes
liquides est ajustée pour obtenir les valeurs précisées plus haut.
[0026] En effet, la demanderesse a découvert avec surprise que le fait de soumettre ces
asphaltes dilués à un chauffage ultérieur, effectué dans les domaines de température
et de durée tels que définis ci-dessus dans le cas d'asphaltes solides, permettaient
d'obtenir un combustible liquide dont les propriétés de combustibilité, déterminées
par la mesure de son indice pondéral, étaient considérablement améliorées par rapport
au combustibles obtenu par simple dilution rapide.
[0027] Dans les exemples qui suivent, destinés à illustrer l'invention, on montre que, grâce
au procédé de l'invention, le taux d'imbrûlés peut être réduit d'une façon importante,
d'un facteur de 2 à 3 ou quelquefois même supérieur.
[0028] La figure 1 illustre un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention appliquée
au traitement d'asphaltes solides.
[0029] L'installation comprend une enceinte de traitement des asphaltes ( 1 ) dont la partie
inférieure (2) est inclinée et aboutit à un réservoir de collecte (3). Un dispositif
approprié (4) permet de faire pénétrer le conteneur (5) à l'intérieur de l'enceinte
en passant par la porte étanche (6). Le conteneur d'asphalte solide a des parois permettant
le passage du solvant qui s'enrichit en asphaltes (7) au cours de l'avancement de
la mise en solution.
[0030] Une ou plusieurs rampes d'arrosage telles que la rampe (8) sont disposées dans la
partie supérieure et/ou sur les côtés de l'enceinte (1 ). Elles sont orientées vers
le chargemenet d'asphalte solide.
[0031] Le fonctionnement est le suivant:
[0032] Après la mise en place du conteneur chargé d'asphalte solide et fermeture de la porte,
on met en fonctionnement la pompe (9) qui aspire le solvant introduit par la ligne
(12) ou contenu dans le réservoir de collecte (3) et l'envoie à travers le réchauffeur
(10) à la rampe (8) par la ligne (11).
[0033] Le solvant est projeté sur l'asphalte solide, ruisselle librement et apporte les
calories nécessaires à la fusion et à la dissolution de l'asphalte. Lorsque le passage
en solution de l'asphalte est terminé, on observe le temps de séjour désiré à la température
choisie. Suivant la nature du solvant utilisé et la température de traitement, une
fraction légère de faible volume peut distiller par la ligne (19). Elle est condensée
dans le réfrigérant (13) et envoyée dans le ballon (14). L'enceinte est en communication
avec l'atmosphère par la ligne d'évent (15). La fraction liquide du ballon (14) est
déchargée par la ligne (16) et/ou recyclée tout ou partie par la ligne (17) pour ajuster
le point éclair du fuel obtenu. Le combustible liquide est déchargé par la ligne (18).
Un autre mode de réalisation peut consister à effectuer les traitements décrits ci-dessus
dans des appareillages similaires, mais maintenus sous pression.
[0034] Dans le cas où l'on utilise des asphaltes déjà dilués, on peut procéder au traitement
thermique de l'invention dans tout appareil permettant le chauffage de liquides dans
la gamme de températures désirée, ces appareils pouvant être ou non équipés de systèmes
d'agitation. On peut, comme dans le cas où l'on traite des asphaltes solides, recueillir
et recycler tout ou partie de la fraction distillant à la température du traitement;
on peut également utiliser des appareils fonctionnant sous pression.
Exemple 1 donné à titre de comparaison
[0035] De l'asphalte dont l'analyse est donnée dans le tableau III est mélangé à 250°C avec
une coupe pétrolière de «L.C.O.» dont les caractéristiques sont données dans le tableau
1. La durée du mélange est de l'ordre de 30 secondes, après quoi le mélange est ramené
rapidement à une température de l'ordre de 80°C avant stockage. On utilise 45 parties
en poids d'asphalte pour 55 parties en poids de «L.C.O.».
[0036] Les principales caractéristiques du mélange combustible ainsi obtenu sont portées
dans le tableau Il.
[0037] On procède à la combustion de ce mélange dans une chaudière de type industriel (générateur
de vapeur à tubes d'eau), dont la capacité est de 150 kg/ h de combustible. La combustion
est réalisée avec 25% d'excès d'air, sans injection de vapeur d'eau.
[0038] La mesure du taux d'imbrûlés, déterminée suivant la norme NF X 43-003 donne un indice
pondéral de 1150 mg/kWh.
Exemple 2
[0039] Dans cet exemple, on utilise le mélange d'asphalte et de «L.C.O.» tel que décrit
dans l'exemple comparatif précédent, et dont les caractéristiques sont données dans
le tableau II.
[0040] On soumet ce mélange à un traitement thermique qui consiste à l'amener rapidement
à 250°C et à le maintenir pendant 2 h à cette température, en recyclant l'intégralité
des fractions qui distillent, puis à le refroidir rapidement.
[0041] Le mélange obtenu après ce traitement présente pratiquement les mêmes caractéristiques
que celui dont on est parti (cf. tableau 11).
[0042] On soumet ce mélange à un test de combustion effectué exactement dans les mêmes conditions
que celles décrites dans l'exemple 1 (appareillage identique, débit d'injection du
combustible inchangé et excès d'air identique). La mesure de rejet d'imbrûlés donne
un indice pondéral de 500 mg/kWh.
[0043] On voit donc que, grâce au traitement de l'invention, l'indice pondéral du combustible
initial a été réduit d'un facteur 2, 3.
Exemple 3
[0044] Dans cet exemple, on utilise le même asphalte que dans l'exemple 1. Les caractéristiques
de cet asphalte sont portées sur le tableau III.
[0045] On utilise, pour diluer cet asphalte, le diluant «L.C.O.» décrit dans le tableau
1, utilisé dans l'exemple 1 comparatif. On utilise l'appareillage décrit dans la figure
1: on dispose en vrac dans le conteneur 606,7 kg d'asphalte solide, et l'on introduit
par la ligne (12) 726,7 kg de «L.C.O.»; on élève en 1 heure la température du liquide
circulant jusqu'à 250°C. Lorsque cette température est atteinte, on la maintient pendant
2 h; l'intégralité des liquides distillant par la ligne (19) est recyclée pendant
l'opération.
[0046] Après avoir réfroidi le mélange obtenu à l'aide d'un échangeur de température non
représenté, le liquide résultant est stocké. Ses caractéristiques sont portées sur
le tableau IV.
[0047] Ce combustible, brûle dans des conditions identiques à celles décrites dans l'exemple
1, présente un indice pondéral de 320 mg/kWh; cet indice pondéral est de 3,6 fois
inférieur à celui obtenu dans l'exemple 1 comparatif.
1. Procédé de préparation d'une composition combustible liquide renfermant de l'asphalte,
le-dit asphalte étant le produit résiduel du désasphaltage d'une huile asphaltique
au moyen d'un hydrocarbure aliphatique légère, caractérisé en ce que le-dit asphalte
est mélangé à une fraction d'huile non-asphaltique, distillant essentiellement entre
150 et 400°C, les proportions respectives d'asphalte et d'huile non-asphaltique étant
telles que le mélange résultant présente, à 100°C, une viscosité comprise entre 20
mm2/s et 3000 mm2/s, et en ce que la composition résultante est maintenue à 150 - 300°C pendant au
moins 0,5 heure.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fraction d'huile non-asphaltique
est un condensat, distillant essentiellement entre 150 et 400°C, provenant d'un cracking
catalytique d'hydrocarbures.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la composition obtenue présente
une viscosité supérieure à 110 mmz/s à 50°C et inférieure à 40 mm2/s à 100°C.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la composition est maintenue
à 150 - 300°C pendant 0,5 - 10 heures.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la composition est maintenue
à 220 à 275°C pendant 1,5 - 3 heures.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on mélange 20 - 80 parties
d'asphalte de température de ramollissement supérieur à 100°C avec 80 - 20 parties
de fraction d'huile non-asphaltique.
1. Verfahren zum Herstellen einer Asphalt enthaltenden flüssigen Brennstoffzusammensetzung,
wobei der Asphalt ein Restprodukt der Entasphaltierung eines Asphaltöls vermittels
eines leichten aliphatischen Kohlenwasserstoffs ist, dadurch gekennzeichnet, dass
dieser Asphalt gemischt wird mit einer Fraktion aus einem nicht-asphaltartigen Öl,
das im wesentlichen zwischen 150 und 400°C destilliert, wobei die jeweiligen Anteile
an Asphalt und nicht-asphaltartigem Öl derart sind, dass das resultierende Gemisch
bei 100°C eine Viskosität zwischen 20 mm2/sec und 3000 mm2/sec aufweist und dass die resultierende Zusammensetzung bei 150 bis 300°C während
wenigstens 0,5 Stunden gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktion aus nicht-asphaltartigem
Öl ein Kondensat ist, das im wesentlichen zwischen 150 und 400°C destilliert und aus
einem katalytischen Cracken der Kohlenwasserstoffe stammt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene Zusammensetzung
eine Viskosität von mehr als 110 mm2/sec bei 50°C und weniger als 40 mm2/sec bei 100°C aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung
bei 150-300°C 0,5-10 Stunden lang gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung
bei 220-275°C 1,5 bis 3 Stunden lang gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man 20-80
Teile Asphalt von einer Erweichungstemperatur von mehr als 100°C mit 80-20 Teilen
der nicht-asphaltartigen Ölfraktion mischt.