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27 octobre 2013 7 27 /10 /octobre /2013 14:18

raffinerie---insim-blog-2013-copie-1.jpgAvant de consommer le pétrole, il faut passer par l’étape du raffinage, c’est une opération qui consiste à purifier le pétrole brut et à le transformer en différents produits : carburants, fioul, bitumes, produits de base de la pétrochimie…

Aujourd’hui, le pétrole est la source d’énergie la plus utilisée dans le monde, pour autant, l’industrie du raffinage rencontre actuellement des difficultés : depuis plusieurs années, la demande de produits raffinés évolue.

Le raffinage du pétrole,(Oil refining)

Le pétrole brut est un mélange hétérogène d’hydrocarbures divers (molécules composées d’atomes de carbone et d’hydrogène), inutilisable en l’état. Ses composants doivent être séparés afin d’obtenir les produits finaux exploitables directement, on en distingue en général deux grands types :

- Les produits énergétiques, tels que l’essence, le diesel (gazole) ou le fioul.

- Les produits non-énergétiques, tels que les lubrifiants, le bitume et les naphtas utilisés en pétrochimie.

Le raffinage ne se limite plus aujourd’hui à la séparation des différents hydrocarbures, des procédés chimiques complexes sont également mis en œuvre afin d’optimiser les produits. A son arrivée dans la raffinerie, le pétrole brut est stocké dans de grands réservoirs séparés selon la teneur en soufre.

Celle-ci détermine les procédés de raffinage à utiliser. Chaque unité de raffinage abrite un procédé industriel physico-chimique différent.

Répartition de la demande mondiale par type de produit pétrolier

Aujourd'hui, la demande mondiale en produits pétroliers se répartit approximativement de la manière suivante :

- 40 % pour les produits légers (carburants) ;

- 40 % pour les produits moyens (fioul, gazole) ;

- 20 % pour les produits lourds (cires, bitumes).

L’Avantage Algérien

Le seul pétrole brut comportant à peu près ces proportions avant raffinage est le brut léger du Sahara algérien.

Tous les autres bruts extraits dans le monde contiennent davantage de produits lourds qu'il faut convertir en partie en produits légers avant de les mettre sur le marché. Aussi ces produits légers valent-ils plus cher que le pétrole brut parce que leurs prix répercutent des coûts de transformation.

Les trois étapes du raffinage,(The three steps of refining)

Dans une raffinerie, le brut est transformé en produits finis suivant des processus rigoureux appartenant à trois types principaux d’opérations : séparation, conversion et amélioration.

ill10.jpg1- Les procédés de séparation

La première étape est celle de la séparation des molécules par distillation atmosphérique (sous pression atmosphérique normale), en fonction de leurs poids moléculaires.

Ce procédé consiste à chauffer le pétrole à 350/400 °C pour en provoquer l’évaporation, cela à la base d’une tour de distillation de 60 mètres de haut, appelée aussi Topping.

Les vapeurs de brut remontent dans la tour tandis que les molécules les plus lourdes, ou résidus lourds, restent à la base sans s’évaporer.

À mesure que les vapeurs s'élèvent, sous l’effet d’une baisse de la température les molécules se condensent alors en liquides, les plus lourdes les premières, jusqu’aux gaz qui atteignent seuls le haut de la tour, où la température n’est plus que de 150° C.

A différents niveaux de la tour se trouvent des plateaux qui permettent de récupérer ces liquides, de plus en plus légers vers le haut.

Chaque plateau correspond à une fraction de distillation, appelée aussi coupe pétrolière, depuis les bitumes (hydrocarbures très visqueux) jusqu'aux gaz.

Les résidus lourds issus de cette distillation renferment encore beaucoup de produits de densité moyenne. On les soumet, dans une autre colonne, à une seconde distillation qui permet de récupérer plus de produits moyens (fiouls lourds et gazole).

2- Les procédés de conversion

Après les opérations de séparation, la proportion d’hydrocarbures lourds reste 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 et, dans certains cas, favorisant une réaction parmi plusieurs réactions concurrentes).

Jusqu'à 75 % des produits lourds soumis à la conversion sont ainsi transformés en gaz, essence et gazole. D’autres procédés permettent même d’améliorer ce résultat par des ajouts d'hydrogène (hydrocraquage) ou en employant des méthodes d'extraction du carbone pour récupérer davantage de molécules légères (conversion profonde).

Ainsi, tous les hydrocarbures lourds sont convertibles en hydrocarbures légers, mais 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 !

3- Les procédés d’amélioration

Ils consistent à réduire fortement ou éliminer les molécules corrosives ou néfastes à l'environnement, en particulier le soufre. Les normes de l'UE en matière d'émissions de soufre sont strictes : depuis le 1er janvier 2009, l’essence et le gazole contenant plus de 10 ppm (10 mg /kg) de soufre ne doivent pas être utilisés sur le territoire européen3.

Ces mesures visent à améliorer la qualité de l’air ambiant : elles permettent d’optimiser l’efficacité des technologies de traitement catalytique des gaz d’échappement des véhicules.

La désulfuration du gazole s'effectue à 370 °C, sous une pression de 60 bars et en présence d'hydrogène dont l’action consiste, dans des conditions thermodynamiques précises, à extraire la plus grande partie du soufre organique que l’on retrouve sous forme de sulfure d’hydrogène (H2S).

Ce dernier est ensuite traité pour produire du soufre, substance utilisée dans l'industrie.

Le kérosène, les gaz butane et propane sont, eux, lavés à la soude. Ce traitement, appelé adoucissement, débarrasse ces produits des mercaptans (thiols) qu'ils contiennent.

Le traitement des carburants automobile

Les carburants automobiles doivent également être traités afin d’augmenter leur indice d'octane, un chiffre rapporté à 100, qui mesure la résistance à l'auto-allumage d'un carburant (l’auto-allumage étant la tendance du carburant dans un moteur à explosion à s’enflammer spontanément sans intervention de la bougie). Si l'indice d'octane n'est pas assez élevé, il y aura à terme des dégâts irréversibles du moteur. Pour éviter cela, on doit hausser l'indice d'octane jusqu'à 95 ou 98.

Le procédé utilisé dans ce but est le reformage catalytique. Les réactions chimiques qui lui sont liées sont opérées à 500 °C sous une pression de 10 bars, avec du platine comme catalyseur. Elles permettent la transformation d’une partie des hydrocarbures naphténiques (cycliques saturés) en hydrocarbures aromatiques (cycliques insaturés) dont l’indice d’octane est beaucoup plus élevé. Il existe aussi d'autres réactions chimiques, comme l'alkylation, qui améliorent également l’indice d’octane.

Les usages des produits pétroliers raffinés

Chacun des produits raffinés issus du pétrole brut trouve un usage spécifique :

- le gaz de pétrole liquéfié (GPL) est un carburant pour les véhicules à gaz

- les gaz butane et propane sont utilisés pour les besoins domestiques

- l'essence et le gazole alimentent les moteurs des véhicules automobiles

- le kérosène est employé comme carburant dans l'aviation

- le naphta est la principale matière première employée en pétrochimie

- le fioul domestique est un combustible de chauffage

- les huiles servent à fabriquer des lubrifiants ;

- le bitume est utilisé pour recouvrir les routes.

Au-delà de ces caractéristiques et de ces usages de base, chaque raffineur propose à la vente ses propres produits finis, obtenus en combinant divers produits et additifs. Ainsi, les compagnies pétrolières proposent un éventail de différents carburants, plus respectueux de l'environnement et bénéfiques au bon fonctionnement et à la durée de vie des moteurs.

schemaifpretravaille_modifie-1_large_text.jpgLes enjeux

Enjeux environnementaux

Le raffinage rejette des produits polluants dans l’atmosphère dans le cadre d’une réglementation sévérisée. De plus les raffineries emploient de grandes quantités de substances potentiellement dangereuses pour l’homme et l’environnement. En France, elles sont classées selon la directive européenne Seveso, en fonction des quantités et des types de produits dangereux qu'elles utilisent. Ce classement, calculé par une somme pondérée des masses de produits présents sur un site, détermine le seuil autorisé. La pollution visuelle et auditive engendrée par le fonctionnement d’une raffinerie est également prise en compte.

Enjeux financiers et macro-économiques

Le secteur du raffinage connait actuellement dans les pays développés dont la France, des difficultés économiques aggravées par l’inadéquation entre les capacités de production (essentiellement de l’essence en France) et les besoins de consommation (accroissement de la demande de gazole). Les nouvelles raffineries sont en grande majorité construites en Asie et en Afrique, au plus près de la production pétrolière et des pays en développement. Ainsi aux coûts locaux inférieurs viennent s’ajouter d’importants gains logistiques.

D’après : planète - énergie . initié par TOTAL group . 13/08/2013

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Published by Nassreddine Boughachiche - dans SCIENCES & TECHNOLOGIES
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