L'utilité du pétrole.
Le pétrole est une matière brute peu utile dans son état initial mais après raffinage on peut retirer des composants qui servent à différents usages. Le raffinage du pétrole est une industrie lourde transformant le pétrole brut, en produits énergétiques, comme le carburant et combustibles : Gazole, le fioul lourd, le kérosène,et aussi en produits non énergétiques, comme les matières premières pétrochimiques : lubrifiants, paraffines et bitumes. Les produits sont ensuite envoyés vers les consommateur final, à travers un réseau de distribution comme les dépôts et les stations-service.
Une raffinerie comprend aussi des installations secondaires qui ne sont pas utilisées directement dans le processus du raffinage mais sont utiles au bon fonctionnement : traitement des eaux usées,génération d'hydrogène,production de vapeur,système de refroidissement...
LE RAFFINAGE.
Dans une raffinerie, le pétrole est injecté a la base d'une tour de distillation atmosphérique d'environ 60 mètres de hauteur et il est chauffé par le bas à 40°. Les composants s'évaporent et montent progressivement les paliers dans la colonne, jusqu'à atteindre leur température minimale d'ébullition. A partir de là, ils se condensent et sont recueillis. La transformation des pétroles bruts s'effectue dans les raffineries, usines à feux continus et très automatisées, qui sont plus ou moins complexes selon la gamme des produits fabriqués et selon la qualité des pétroles bruts comparée aux exigences du marché. La complexité d'une raffinerie se traduit par le nombre d'unités de fabrication. Ces unités utilisent des procédés physiques ou chimiques que l'on peut classer en trois catégories : les procédés de séparation, les procédés de conversion et les procédés d'épuration.
- Les procédés de séparation.
La distillation atmosphérique
La distillation atmosphérique du pétrole brut est réaliser par le procédé de séparation : on crée par vaporisation du pétrole brut liquide une phase vapeur et une phase liquide.
C'est en 1926 que la société américaine Power Specialty Company construisit la première unité de distillation continue de pétrole brut. Les distillats étaient recueillis soit à l'état vapeur, soit à l'état liquide. Ils étaient condensés ou refroidis en circulant dans des appareils cylindriques contenant des tubes de faible diamètre.Dans ces tubes s'écoulait un liquide plus froid, par exemple le pétrole brut avant son entrée dans le four.Ces appareils qui facilitent le transfert de chaleur entre un produit chaud et un produit froid s'appellent des échangeurs tubulaires. Ce système de distillation fractionnée est aujourd'hui universellement employé.
Une installation moderne de distillation a une très grande capacité de traitement (jusqu'à 25 000 t de pétrole brut par jour) et comprend plusieurs colonnes à plateaux ou tours de distillation. Chaque tour comporte une trentaine de plateaux. La colonne principale, ou tour atmosphérique, a une hauteur de 60 mètres et un diamètre de 8 mètres.
Le distillation sous-vide
Les produits lourds extraits du fond de la colonne de distillation atmosphérique ne peuvent pratiquement plus être séparés en augmentant la température de distillation. En effet, au delà de 360° les phénomènes de craquage thermique commencent et cela changerait la nature chimique des produits. Pour isoler ces produits, on les distille donc à des températures similaires, mais sous pression réduite. La fraction lourde des produits de la distillation atmosphérique y est d'abord chauffée, puis envoyée dans une autre colonne moins haute, mais plus épaisse : On l'appelle colonne de distillation sous vide. La distillation est souvent accélérée par une injection de vapeur d'eau.
Le désasphaltage
Le désasphaltage du résidu sous vide est l'étape ultime de séparation qui permet d'obtenir l'huile désasphaltée et un asphalte utilisable comme combustible.
L'extraction
L'extraction des aromatiques est un procédé qui, par l'action d'un solvant sélectif, provoque la création de deux phases liquides grâce à la miscibilité partielle dans ce solvant de certains constituants du produit à raffiner.
- Les procédés de conversion.
- Les procédés de conversion.
Les produits obtenus par séparation à partir des pétroles bruts ne conviennent pas a ceux du marché ni en quantité ni en qualité. Les procédés de conversion sont des transformations moléculaires qui utilisent souvent des réactions chimiques que l'on peut classer en trois catégories suivant que les liaisons carbone-carbone des molécules sont rompues (craquage), regroupées (synthèse) ou conservées (réarrangement). En général,ces transformations sont soit thermiques, soit aidées par un catalyseur, soit réalisées en présence d'hydrogène.
Le craquage
Après les opérations de séparation, la proportion d’hydrocarbures lourds reste encore trop importante. Pour répondre à la demande en produits légers, on « casse » ces molécules lourdes en deux ou plusieurs molécules plus légères.
Ce procédé de conversion, appliqué à 500 °C, est également appelé craquage catalytique car il fait intervenir un catalyseur (substance accélérant une réaction chimique). Le craquage s'effectue sous pression légèrement supérieur à la pression atmosphérique, ou bien sous l'action combinée de températures élevées et d'un catalyseur. Un catalyseur permet de déclencher les réactions chimiques. 75 % des produits lourds soumis à la conversion sont ainsi transformés en gaz, essence et gazole. D’autres procédés permettent d’améliorer ce résultat par des ajouts d'hydrogène (hydrocraquage) ou en employant des méthodes d'extraction du carbone (conversion profonde). Plus une conversion est poussée, plus elle est coûteuse et gourmande en énergie. L’objectif permanent des raffineurs est de trouver l’équilibre entre degré et coût de la conversion.
La synthèse des gaz
La synthèse des gaz de pétrole en carburants liquides à plusieurs formes, notamment la polymérisation et l' alkylation. La polymérisation, qui est la réunion de plusieurs molécules non saturées, est pratiquée en raffinerie sur les gaz de craquage catalytique car leur teneur en oléfines (molécules non saturées) est importante. Si l'on chauffe ensemble ces gaz à une température comprise entre 150 et 220°C en présence d'acide phosphorique et sous une pression de 30 à 70 bar, on obtient des hydrocarbures polymérisés liquides qui constituent une fraction d'essence à haut indice d'octane. L'alkylation consiste à associer des hydrocarbures gazeux paraffiniques ramifiés (par exemple l'isobutane) avec des oléfines légères. La combinaison s'effectue à la température ambiante avec comme catalyseur l'acide sulfurique concentré ou l'acide fluorhydrique.
Le réarrangement des molécules avec conservation des liaisons carbone-carbone est pratiqué sur les distillats légers pour augmenter l'indice d'octane des essences par aromatisation (reformage) ou isomérisation, et sur les résidus lourds par oxydation pour améliorer les propriétés des bitumes.
Le reformage et l'isomérisation
Le reformage catalytique est une méthode de raffinage pour convertir les molécules naphténiques en molécules ayant un indice d'octane élevé ( indice mesurant la résistance d’un carburant à s’enflammer spontanément dans un moteur ) servant de base dans la fabrication des carburants automobiles.
Dans ce procédé, un catalyseur permet de déclencher les réactions chimiques. À partir d'un naphta lourd débarrassé de soufre, le produit passe à travers une série de 3 réacteurs qui transforment les produits naphténiques en produits aromatiques en les débarrassant partiellement de l'hydrogène. À la sortie des réacteurs, après passage dans le fractionateur, il y a :
- de l'hydrogène,
- du fuel gaz (méthane et éthane),
- du propane,
- du butane.
La réaction se fait sous pression et à haute température (de l'ordre de 500 à 550 °C).
- L'hydrogène sera utilisé dans l'hydrotraitement et l'hydrodésulfuration.
- Le fuel gaz est dirigé vers le réseau de gaz combustible.
- Le propane et le butane sont dirigés vers un récipient de stockage.
- Le reformat (essence dont l'indice d'octane a été amélioré par reformage) sera mélangé avec du naphta léger et du butane dans des proportions déterminées pour donner du carburant ordinaire et du super carburant. Par un régime de fractionnement du reformat, on obtient des hydrocarbures aromatiques très recherchés dans l'industrie pétrochimique.
- Les procédés d'épuration.
Les procédés d'épuration ont pour but de débarrasser les produits traités, ainsi que les liquide ou gaz rejetés a la suite d'un traitement, des composés indésirables qui y sont contenus en faibles proportions. Ces procédés séparent ou transforment les composés qui pourraient s'avérer nocifs pour les opérations de raffinage, pour les utilisateurs des produits fabriqués ou pour l'environnement.
Le dessalage
Le dessalage du pétrole brut avant sa distillation évite des dépôts de sels dans les tubes des fours et des corrosions acides en tête des colonnes de fractionnement. Un mauvais dessalage peut avoir des conséquences directs sur le fonctionnement de la tour de distillation atmosphérique.
On dissout le pétrole avec de l'eau douce puis on le fait écouler dans un récipient cylindrique horizontal où elle est soumise à l'action d'un champ électrostatique de 20 000 à 35 000 volts, qui favorise l'agglomération des gouttes d'eau chargées de sels et leur séparation par décantation.
La désulfuration
C'est le fait de retirés une impuretés préoccupante qui est le souffre.Le processus par lequel le soufre est retiré des combustibles fossiles fait appel à la technique de l'hydrotraitement. L'hydrotraitement implique une réaction chimique se produisant à pression et à température élevées qui retire du carburant les atomes de soufre et les remplace par des atomes d'hydrogène.
Cependant il peut y avoir d'autres traitements...
LES DÉRIVÉS DU PÉTROLE.
Les liaisons covalentes non polaires qui unissent le carbone et l’hydrogène forment des alcanes. Ces alcanes sont insolubles dans l’eau parce que la liaison est polaire. Alors, le pétrole et l’eau n’ont pas d’affinités et ne peuvent pas se mélanger facilement. Ces liaisons peuvent également former des cycles comme un hydrocarbure aromatique polycyclique. Ensuite, on se sert de différentes méthodes d’extraction et de raffinage pour séparer les différents produits contenus dans le pétrole, pour en synthétiser de nouveaux et ainsi donner une meilleure valeur marchande au produit.
Selon son nombre de carbone par molécule que possède le pétrole il peut être gazeux,ou liquide,ou solide. Voir ci-dessous:
La pétrochimie est la chimie des dérivés du pétrole, notamment le naphta, du gaz naturel et depuis pas longtemps de la biomasse. Elle consiste a fournir des matières intermédiaires qui servent pour de nombreux objets du quotidiens.
Le plastique;fibres textiles,adhésifs,détergents,cosmétiques,médicaments,emballages..Tous ces objets proviennent de la pétrochimie.
Elle intervient dans plusieurs domaines:
- automobile: pour les équipements intérieurs ou les pneumatiques
- construction: pour les matériaux isolants
- informatique et électroménager : composants d'ordinateurs, de radios, télévisions…
- santé : équipements de précision, matériel hospitalier…
0 commentaires:
Enregistrer un commentaire