Pétrole pour presque tout
Oui, il faut garder à l'esprit qu'il existe de nombreux types de pétrole brut et que tous ne permettent pas d'obtenir de tout. On peut dire que pratiquement chaque gisement a un type de pétrole différent, même près.
Types et composition de crus
Les hydrocarbures sont des composés organiques de carbone et d'hydrogène et le pétrole brut, y compris le gaz naturel, est un mélange complexe d'hydrocarbures. Autrement dit, le pétrole est un hydrocarbure.
On distingue différents types d'hydrocarbures en fonction des relations existantes entre les atomes de carbone et d'hydrogène de ces molécules qui forment le mélange d'hydrocarbures : aliphatiques lorsque les chaînes d'atomes de carbone sont ouvertes, cycliques lorsque les chaînes de carbone sont fermées et mixtes quand elles présentent des radicaux de caractéristiques différentes de celles de la chaîne principale. Le brut le plus commun est l'aliphatique parafinico.
Mais à côté des hydrocarbures, le pétrole peut également contenir des composés organiques contenant d'autres éléments : le soufre (le troisième composant le plus abondant), l'oxygène, l'azote ou les métaux (le vanadium et le nickel sont les plus abondants). En général, tous ces composants sont considérés comme polluants dans l'industrie du raffinage du pétrole.
Puisque la composition du pétrole est si différente, les classifications des pétroles crus sont également diverses, selon ce qu'elles sont faites. Par exemple :
- Paraffiniques, insaturés, naphténiques ou aromatiques, selon le type d'hydrocarbure prédominant dans la composition.
- Densité API: échelle arbitraire pour exprimer la densité du brut et exprimée en degrés API. Le brut est léger (supérieur à 38 API), moyen ou lourd (inférieur à 22 API). Plus les atomes contiennent des molécules d'hydrocarbures, plus l'hydrocarbure est lourd. C'est la classification la plus utilisée.
- Acides ou sucreries, si elles contiennent beaucoup ou peu d'acides et de composés de soufre.
Raffinage du pétrole
Le pétrole brut peut être utilisé directement comme source d'énergie, comme carburant dans les fours et les chaudières, mais ce n'est pas son utilisation principale. C'est parce que la performance économique est beaucoup plus grande en séparant en fractions les composants contenus dans le brut, qui se fait dans les raffineries de pétrole. En outre, la combustion de pétrole brut produit une grande pollution en brûlant ou en libérant de nombreux composants qui ne sont pas séparés dans le raffinage et qui ne sont pas nécessaires dans cette combustion.
Dans tous les cas, le pétrole et le gaz naturel sont polluants et les principales sources d'émission sont la combustion de combustibles, les raffineries de pétrole et l'industrie chimique.
Depuis que les dérivés du pétrole ont été utilisés, les travaux de raffinage du pétrole ont changé en fonction des produits qu'ils visaient à obtenir et des technologies disponibles. Au début on faisait ce qu'on appelle le raffinage classique. Les processus physiques prédominaient : distillation du pétrole brut sous pression atmosphérique et séparation des fractions, purification des produits (généralement désulfuration) et séparation des gaz liquéfiés. Le seul processus chimique était le reforming de naphtes pour obtenir les bonnes essence. Ce sont les parties jaunes qui apparaissent dans le diagramme de la raffinerie.
Les processus de conversion ont ensuite été lancés pour obtenir des produits plus spécifiques. C'est parce qu'à mesure que la structure de consommation des produits pétroliers est modifiée, les produits intermédiaires et surtout les produits légers (gazolines et gazole) ont augmenté (apparaissent en vert dans le diagramme de la raffinerie). La demande de produits lourds a diminué.
En fonction des caractéristiques du brut et des produits finaux que vous souhaitez obtenir, vous pouvez modifier la structure et la configuration de l'installation. Toutefois, quatre objectifs principaux sont fixés dans les raffineries : i) la répartition du brut en fractions, ii) augmenter la valeur des fractions minimales de demande pour obtenir de l'essence et des produits similaires, iii) augmenter la qualité des essence par reforming et iv) nettoyer les produits obtenus par le raffinage final. Les processus clés sont les mêmes dans toutes les raffineries (voir tableau ci-dessous).
Raffineries et environnement
Dans tous ces processus qui se déroulent dans les raffineries, il y a une pollution différente, bien qu’en Europe la ‘relation’ entre les raffineries et l’environnement a progressivement évolué.
En plus des gaz, du pétrole ou d'autres composants émis accidentellement, le rapport des polluants émis dans les processus est interminable : dioxyde de carbone (CO 2), dioxyde de soufre (SO 2), oxydes d'azote (NO x), hydrocarbures aromatiques polycycliques (benzène, toluène, éthylbenzène, composés organiques volatils, etc. ), phénul-sulfure, En 1990, par exemple, 95 raffineries européennes ont versé à l'eau 3.340 tonnes de pétrole.
Selon les données de l'Organisation européenne des entreprises pétrolières pour la protection de l'environnement et de la santé (CONCAWE), en 1993, un million de tonnes de déchets ont été générés dans 89 raffineries européennes. Cette poubelle est divisée en trois groupes: 1) boues, pétrolifères et non, 2) résidus de raffinage, liquides, semi-liquides et solides, et 3) résidus non provenant de raffineries (de construction, détergents…). Ils ne tiennent donc pas compte des gaz émis à l'air. Dans le tableau de droite vous pouvez voir les types de déchets qui ont identifié.
La quantité de boues biologiques augmente d’année en année en raison de l’augmentation du traitement biologique des rejets. Les déchets de catalyse ont également augmenté en raison de l'augmentation du rendement du raffinage du pétrole en raison de l'augmentation des obligations environnementales des produits.
Cependant, entre les rejets des raffineries, le soufre peut être d'une importance particulière en raison des dommages causés par la pluie acide dans le nord et le centre de l'Europe. L'étude réalisée par la même entité en 1995 dans 79 raffineries indique que l'émission moyenne était de 1.350 mg/Nm 3 SO 2. En 1998, 1.125 mg/Nm 3 ont été émis. La réduction est attribuée à la rigueur de la législation environnementale, ainsi qu'à la différence d'émissions entre pays nordiques et méditerranéens (550 mg/Nm 3 dans les pays nordiques et 1.870 mg/Nm 3 dans les pays méditerranéens, en 1998). Vous pouvez voir sur le graphique l'origine par processus de déversement de SO 2.
Enfin, même si le raffinage du pétrole génère de la pollution, il faut tenir compte du fait que la chaîne ne finit pas dans les raffineries, puisque, en définitive, l'utilisation de nombreux produits qui y sont produits provoque aussi de la pollution. C'est pourquoi, dans certains pays, les composants les plus polluants du pétrole ont été extraits dans le processus de raffinage lui-même, car leur localisation facilite leur contrôle.
Donc, pour finir, nous pouvons dire que nous tirons beaucoup de parti au pétrole, mais…
Processus clés dans les raffineries
Séparation de la séparation
Des procédés physiques de raffinage sont utilisés pour séparer les fractions de pétrole brut. Les molécules des composants ne sont pas altérées, elles ne sont séparées que par la taille ou la famille chimique. La séparation se fait par différents processus:
- Distillation atmosphérique du pétrole brut. Le liquide s'évapore totalement ou partiellement, séparant les fractions condensées à différentes températures : gaz, naphtes, kérosènes, distillés moyens (gazole) du résidu brut (base principale du fouel). C'est la technique la plus utilisée.
- Processus de désulfuration. Pour chaque type de distillat on utilise un processus de désulfuration séparé (par hydrogène, par courant de soude caustique…). L'objectif est d'extraire le soufre.
- Séparation du GPL. Le fractionnement des GPL séparés en distillation distingue entre butane, propane et gaz combustible. Ce dernier brûle dans les fours de la raffinerie.
Conversion Conversion en Conversion
Des procédés chimiques de raffinage sont utilisés pour séparer les produits spécifiques des fractions. Dans les processus chimiques, la structure moléculaire change : elle diminue la taille des molécules (cracking ou rupture), les élargit (généralement par catalyseurs) ou devient une molécule d'une autre famille pétrochimique (transformation catalytique, reforming et isomérisation, par exemple) sans altérer la longueur de la chaîne. Les processus de conversion les plus courants sont:
- Distillation sous vide de la fraction lourde. Il nécessite une température inférieure à celle de la distillation atmosphérique. On obtient des gasoil lourds et des déchets (parfois asphalte) et chaque fraction aura un traitement différent. Il est appliqué au sable de la distillation atmosphérique du pétrole.
- Cracking thermique et catalytique. Le chauffage ou le traitement des résidus avec un catalyseur brise les molécules d'hydrocarbures. Il est utilisé pour réduire la viscosité des résidus, obtenir du coke de pétrole, des produits légers et moyens et la vapeur d'hydrocarbures pour être envoyé à fractionner. Si le craquage catalytique est effectué avec de l'hydrogène est appelé hydrocracking. L'hydrogène est utilisé pour éliminer les éléments polluants tels que le soufre, l'azote ou les métaux.
- Reforming catalytique des naphtes. Après la désulfuration, les réactions de déshydrogénation et d'isomérisation augmentent la teneur en composés aromatiques de naphtes et donc les nombres d'octane d'essence. L'abondance d'hydrogène résultant de ces réactions est utilisé pour les processus de désulfuration mentionnés ci-dessus.
- Production d'hydrogène. Dans la raffinerie classique on produisait l'hydrogène nécessaire pour la désulfuration dans l'unité de reforming catalytique. Cependant, lorsqu'une désulfuration plus profonde ou plus grande quantité de distillats est nécessaire, la production d'hydrogène doit également être plus élevée, ce qui est obtenu en unités de réformage à vapeur. L'hydrocarbure est entièrement décomposé en H 2 et CO 2.
- Optimisation de la fraction de butane. A partir de différents courants de butane présents dans la raffinerie, on obtient de précieux produits liquides de haut nombre d'octane pour la préparation de stations-service sans plomb.
Des processus physiques et chimiques sont parfois effectués simultanément, comme des distillations avec des catalyseurs. L'objectif des processus mixtes est généralement de réduire le nombre d'étapes à prendre dans l'unité de production.
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