ID_093

Confrence Internationale des Energies Renouvelables (CIER13) Sousse, Tunisie - 2013

Reformulation des Supercarburants sans Plomb par Ajout dun Biothanol

El Hadi Djamel1, Korteby Salima1, CHIBI Souad1, Ibelaid Karima2 1Laboratoire danalyse fonctionnelle des procds chimiques

Dpartement de chimie industrielle, Universit Sad Dahlab de Blida BP 270 -09000 Blida Algrie [email protected]

2Centre de Recherche et Dveloppement, AV. 1er Novembre Boumerds Algrie

[email protected]

RsumDans le cadre de lamlioration de la qualit des essences algriennes ; cette tude a pour objectif de reformuler des essences super sans plomb qui dune part, prservent lenvironnement et dautre part, respectent les nouvelles spcifications internationales par lintroduction dun biothanol, prpar partir de dattes communes. Pour ce faire, nous avons prpar lalcool thylique issu de la fermentation des sucres de rebuts de la Deglet-Nour, ainsi que de dattes de faible valeur marchande (Hamraya). Une utilisation de ce biothanol dans une formulation de lessence super sans plomb a t ralise des fins purement cologiques, et dans les mmes conditions lthanol industriel a t utilis titre comparatif. Lindice doctane des essences reformules avec lthanol industriel (91 92) est lgrement suprieur celui des essences reformules avec le biothanol (90 90,5). Mots cls Biothanol, Ethanol, Dattes, Reformulation, Supercarburants.

I. INTRODUCION La coupe issue du ptrole brut la plus demande est la

gazoline ou essence, surtout avec lessor de lindustrie automobile qui, exige de plus en plus des critres de qualit qui permettent dobtenir les meilleures performances du vhicule. Lamlioration des rendements des vhicules est due laugmentation de lindice doctane de nos carburants. Ce dernier est la caractristique la plus importante qui mesure la qualit des carburants. Pour accrotre lindice doctane dun carburant on utilise des produits plombs c d contiennent du plomb. On appelle ce type de carburant supercarburant plomb . Les vhicules essence plombe rejettent des polluants. Les principaux polluants sont : le monoxyde de carbone (CO) qui est toxique, les hydrocarbures imbrls qui contribuent la formation du brouillard polluant et les oxydes dazote (NOx) qui, en prsence doxygne se convertissent rapidement en dioxyde dazote (NO2) qui, son tour combin leau de latmosphre forme des pluies acides. Sous cette pression cologique, les industries des carburants doivent aboutir des modifications concernant la formulation des carburants, pour produire des supercarburants plus propres. De ce fait, la suppression complte du plomb des essences est devenue une ncessit, qui a entran les raffineurs fournir dimportants

efforts afin de maintenir lindice doctane un niveau satisfaisant. Une solution partielle a t trouve, cest celle dincorporer des produits oxygns (Biothanol) permettant de rduire les concentrations des composants polluants et daccrotre lindice doctane. Le but de cette tude dans un premier temps est de dterminer selon quel modle lindice doctane varie en fonction de la composition en diffrentes bases utilises pour la formulation des essences ; ce qui permet par la suite de dtecter le facteur qui influe le plus sur laccroissement de lindice doctane, dterminer les proportions quil faut mlanger afin de maximiser lindice doctane et on termine par une vrification exprimentale en introduisant le biothanol prpar partir des rebus de dattes.

II. PARTIE EXPERIMENTALE

A. Caractristiques des bases utilises Dans une premire tape nous avons caractris les

essences commercialises par la raffinerie dAlger ; les rsultats obtenus serviront de rfrence pour les essences reformules au laboratoire. Les bases issues de la raffinerie d'Alger, utilises dans les formulations sont : - l'essence SR obtenue partir de la distillation atmosphrique du ptrole brut, - le platformat issu du platforming catalytique, - le solvant lger obtenu partir de la distillation atmosphrique de ptrole brut. Les principales spcifications de lessence super commercialise par la raffinerie dAlger et des bases utilises sont reprsentes dans le tableau 1.

B. Reformulation des essences Nous avons prpars les mlanges partir des bases

diffrentes proportions et cela aprs avoir calcul les caractristiques les plus importants (d, TVR, NOR) sachant que ces caractristiques sont des proprits additives. La prparation des essences est la partie la plus importante dans ce travail, elle s'est effectue en 5 mlanges, et cela par l'utilisation des diffrentes bases de la raffinerie d'Alger, en


plus de ces bases on rajoute de l'thanol dont les concentrations sont fixes au maximum de 5%. Avant de procder aux mlanges, une caractrisation de l'thanol utilis dans les formulations a t effectue, les rsultats sont : la densit 15C (d = 0,7931g/cm3), la tension de vapeur Ried (TVR = 155 kpa), lindice de rfraction 20C (n = 1,3678), lindice doctane recherche (NOR = 106) et la puret en pourcentage massique (98,8%).

Daprs ces rsultats, nous remarquons que l'thanol prsente une meilleure valeur d'indice d'octane mais avec une tension de vapeur plus lev. Pour les essences reformules par ajout de lthanol, nous avons retenu 5 mlanges dont les compositions sont reprsentes dans le tableau 2. Les principales caractristiques des essences reformules sont reprsentes dans le tableau 3.

TABLEAU 1

CARACTERISTIQUES DESSENCE SUPER ET DES BASES UTILISEES Caractristiques Platformat Essence SR Solvant lger Essence super Densit 15C TVR (kpa) NOR Indice de rfraction 20C Point d'aniline (C) Teneur en soufre (ppm) Distillation ASTM PI (C) PF (C) Rsidu en (%vol) Pertes en (%vol) Analyse chromatographique n-paraffines (% mass) iso paraffines (% mass) naphtnes (% mass) aromatiques (% mass) inconnus (% mass) Teneur en plomb (g/l)

0,7574 35,9 90

1,4340 < 26 < 20

41,7

185,5 1,1 1,4

16,535 44,575 7,904 29,866 1,121

0

0,6387 144,7

60 1,3645

53 < 20

20,3 95,7 0,5 4,1

53,8 40,4 4,9 0,9 0 0

0,7180 25,9 72

1,4026 58

< 20

66,2 129,5

1 1

33,2 38,2 25,7 2,9 0 0

0,7548 66,3 96

1,4365 19 0,1

40

190,4 1

1,5

19,1 41,2 12,2 27,9 0,4 0,4

TABLEAU 2

COMPOSITION DES ESSENCES REFORMULEES EN % VOL. Bases Essence 1 Essence 2 Essence 3 Essence 4 Essence 5 Platformat Essence SR Solvant lger Ethanol

80 13 2 5

73 20 2 5

70 17 8 5

71 23 1 5

75 10 10 5

TABLEAU 3 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES ESSENCES REFORMULEES

Caractristiques Essence 1 Essence 2 Essence 3 Essence 4 Essence 5

Densit 15C TVR (kpa) NOR Indice de rfraction 2OC Point d'aniline (C) Teneur en soufre (ppm) Distillation ASTM PI (C) PF (C) Rsidu en (%vol) Pertes en (%vol) Analyse chromatographique n-paraffines (% mass) iso paraffines (% mass) naphtnes (% mass) aromatiques (% mass) inconnus (% mass)

0,7434 56,7 91,8

1,4479 < 26 < 20

35,5 183,2

1 0.7

20,830 37,978 4,608

28,355 8,229

0,7350 67,2 90,4

1,4260 < 26 < 20

36,9 180,6 1,1 1,2

18,454 53,050 10,582 15,681 2,232

0,7367 61,4 89

1,4281 < 26 < 20

34,5 181,4 1,1 1,5

21,617 40,109 10,820 25,425 2,029

0,7368 61,7 88,8

1,4228 < 28 < 20

37

181,1 1

1,2

22,893 41,037 10,114 23,497 2,459

0,7433 53,9 88,8

1,4488 < 28 < 20

38,3

181,3 1,1 1,9

19,967 40,384 11,128 26,432 2,090


III. PARTIE CALCUL

A. Corrlation propose Nous proposons un modle mathmatique pour

lestimation de lindice doctane NOR des essences reformules. Ce modle est bas sur lutilisation de la rgression multilinaire de lindice doctane dtermin exprimentalement sur les compositions Xj (j = 1(Platformat), 2(Essence SR), 3(Solvant lger), 4(Ethanol)), en fraction volumique des diffrentes bases utilises. Ce qui permet de mettre en vidence lquation suivante :

NOR = 97,55X1 + 77,55X2 + 76,55X3 + 11,75X4 (1)

Dans le but de dterminer la prcision des diffrentes

constantes, nous associons cette corrlation le calcul de lerreur relative en pourcentage (Er (%)) et le coefficient de corrlation (R), qui sont dfinis par les formules suivantes :

Er(%) = 100( NORexp NORthe/ NORexp)/n (2) R = ((NORthe )/( NORexp ))1/2 (3)

Avec : NORexp = la valeur exprimentale ou mesure de

NOR ; NORthe = la valeur estime ou thorique de NOR ; n = nombre de points exprimentaux, est donne par la formule :

= ( NORexp ) / n. Les valeurs des grandeurs statistiques calcules (Er =

1,032 % et R = 0.998) montrent que le modle propos est caractris par une trs grande prcision ; ce qui permet dajuster la valeur de lindice doctane en fonction des compositions des mlanges tudis. B. Optimisation de la reformulation

Dans tous les problmes de dcision rencontrs dans la pratique, la programmation linaire fournit un cadre trs vaste pour traiter une grande varit des problmes doptimisations linaires o les programmes linaires sont sans doute les plus frquents. La raffinerie dAlger veut produire des supercarburants. Ces super carburants se composent dun mlange de plusieurs produits ptroliers, de qualit diverse, leurs caractristiques sont cites prcdemment (tableau 1). Le carburant produit doit prsenter un indice doctane lev, donc notre objectif est de maximiser la valeur de lindice doctane, c'est--dire maximiser la fonction (NOR) trouve prcdemment avec des contraintes imposes par les normes de fabrication. Les principales contraintes sont : - La TVR dans lt ne doit pas dpasser 60 kpa. - La densit de mlange 15C compris entre deux valeurs suprieure et infrieure (0,735 et 0,785).

- La teneur en aromatiques dans le mlange dessence ne doit pas dpasser 35%. - La somme de toutes les teneurs gale 1 (X1+X2+X3+X4= 1), avec X1 0, X2 0, X3 0 et X4 0 On cherche maximiser la fonction NOR = f (X1, X2, X3, X4) en rsolvant le systme suivant :

0;0;005,0

1359,29,0866,29

785,07931,07180,06387,07574,0735,07931,07180,06387,07574,0

601559,257,14495,35

321

4

4321

321

4321

4321

4321

XXXX

XXXXXXX

XXXXXXXX

XXXX

La rsolution de programme doptimisation, montre que si

on mlange les bases avec les proportions : 75,5% de Platformat ; 10,6% dEssence SR ; 8,9% Solvant lger et 5% dEthanol, on aura une valeur dindice doctane maximale gale 91,70. Dans le but de vrifier le rsultat obtenu, on procde lexprimentation. Nous mlangeons les bases choisies, en utilisant les proportions prcdentes, lindice doctane mesur de cette essence a la valeur NORexp = 91,05. Les rsultats obtenus ne sont pas satisfaisants puisque on na pas pu atteindre lindice doctane recherch (min 95). Daprs la vrification exprimentale, nous remarquons que la valeur trouve est en concordance presque totale avec celle trouve par loptimisation, avec une erreur relative de 0.71%.

IV. APPLICATION DANS LA FORMULATION DES ESSENCES SUPERS

Avec Le biothanol utilis, est labor par la fermentation des sucres de rebuts de Deglet-Nour ainsi que de dattes de faible valeur marchande (Hamraya) qui peut tre avantageusement introduit dans les super carburants. Dans le but dadapter nos carburants aux normes internationales actuelles dune part et dans le souci de diminuer la pollution qui menace nos villes dautre part, nous proposons une nouvelle application locale de lthanol, substance nergtique stratgique et base de nombreuses industries en la reformulation des essences super sans plomb par lintroduction de lthanol produit partir de dchets de dattes, par consquent du biothanol. Pour cela nous avons prpar une essence super sans plomb partir des mmes bases utilises prcdemment de la raffinerie dAlger, en utilisant les proportions optimales dj trouves. Lindice doctane de lessence reformule avec le biothanol est environ 90,25. Cette valeur est lgrement infrieure celle de lessence reformule avec lthanol industriel (91,05).


V. CONCLUSIONS

Avec Dans notre tude on a utilis des bases de la raffinerie dAlger en introduisant la nouvelle base qui est lthanol. En termes de conclusion nous pouvons rsumer ce travail comme suit :

Les essences reformules prsentaient un indice doctane relativement loin des normes, caus principalement par la mauvaise qualit du platformat de la raffinerie dAlger dont la valeur de lindice doctane est de 90. Ce problme justifi par le vieillissement et lempoisonnement du catalyseur de lunit de reforming catalytique. De Plus, nous avons tent trouver laide dune mthode mathmatique, une corrlation donnant la variation de lindice doctane en fonction des compositions des mlanges. Les rsultats de loptimisation ont t tests avec succs et peuvent tre amliors en utilisant dautres bases disponibles au niveau de nos raffineries.

Lintroduction du biothanol dans la reformulation de lessence super sans plomb a t ralise des fins purement cologiques, et dans les mmes conditions lthanol industriel a t utilis titre comparatif. Concernant la valeur de lindice doctane, dans le cas o ladditif est le biothanol, prsente une efficacit assez similaire de lthanol industriel. Par consquent, nous constatons une lgre diffrence entre la composition de lthanol industriel et celle du biothanol. Un biothanol non polluant partir de surplus de dattes produites en Algrie, permet en ce sens de valoriser ce substrat comme moyen de substitution la mlasse.

En perspective, nous proposons les solutions suivantes pour compenser la perte en octane engendre par la qualit du platformat : - Rhabiliter lunit de reforming pour produire un platformat de bonne qualit. - Doper le pool essence avec une faible concentration en aromatiques lourds (10 12 %). - Utilisation des moyens plus performants pour la purification du biothanol utilis. REFERENCES [1] Guibet J.C., Martin B. and Montagne X. (1991). "Gasoline

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