V) Le raffinage

 

Le raffinage est l’ensemble des opérations nécessaires pour obtenir, à partir du pétrole brut, toute la gamme des produits pétroliers : propane, butane, essences automobiles, fuels, bitumes…

1) La distillation de base

L’unité de base du raffinage est l’unité de distillation. Les hydrocarbures ayant le poids moléculaire le plus bas se vaporisent aux températures les plus basses, alors que des températures plus élevées sont nécessaires pour distiller les molécules plus importantes.
Pièce maîtresse d’une raffinerie, la tour de distillation peut atteindre 8 à 10 m de diamètre et 60 m de hauteur. Le pétrole brut, partiellement vaporisé dans un four à 370 °C, est envoyé dans la tour, où il est fractionné en hydrocarbures plus légers. Une raffinerie occupe de 200 à 300 ha. Les deux tiers du raffinage mondial sont réalisés aux environs des ports d’arrivée du pétrole brut : Rotterdam, Le Havre, Gênes, Fos-sur-Mer…

La composition des pétroles bruts diffère selon leur origine. Cependant, un pétrole type donne par distillation :
Une fraction gazeuse (température d’ébullition, inférieure à 40°C), constitués d’alcanes linéaires ramifiés contenant 1 à 5 atomes de carbone (essentiellement propane et butane).
Des essences (40°C<Eb<180°C) contenant des hydrocarbures de C6 à C10 , pouvant être classés en essences légères (éther de pétrole), moyennes (essence ordinaire) et lourdes (white-spirit).
Le kérosène ou pétrole lampant (180°C<Eb<230°C) constitué d’hydrocarbures en C11 et C12.
Le gazole (230°C<Eb<305°C) contenant des hydrocarbures de C13 à C17, utilisé dans les moteurs Diesel et le chauffage.
Les huiles spindel et huiles légères (305°C<Eb<405°C) constituées d’hydrocarbures de C18 à C25 et utilisés comme lubrifiants légers.
Les lubrifiants moyens et lourds (405°C<Eb<515°C) contenant des hydrocarbures de C25 à C38 (vaseline, cires paraffiniques).
Les résidus comportent les mazouts (résidus liquides de distillation) et les asphaltes et brais (résidus solides de distillation, sous pression réduite).

Une fois effectuée la distillation on extrait par solvant : celui-ci consiste en une absorption par tamis moléculaires.

2) Le craquage thermique

Le procédé de craquage thermique fut développé en vue d’accroître le rendement de la distillation. Avec ce procédé, les portions les plus lourdes du pétrole brut sont chauffées sous pression et à des températures plus élevées. Cela entraîne le fractionnement des grosses molécules d’hydrocarbures en molécules plus petites et le rendement en essence à partir d’un baril de pétrole brut est accrû. L’efficacité de ce procédé est toutefois limitée car, aux températures et pressions élevées qui sont utilisées, une grande partie de coke se dépose dans les réacteurs. Cela rend alors nécessaire des températures et des pressions encore plus élevées pour craquer le pétrole brut. Un procédé de cokéfaction est alors inventé, dans lequel les fluides sont soumis à une recirculation.

3) L’alkylation et le craquage catalytique

Ces deux méthodes furent introduites dans les années 1930. L’alkylation consiste à recombiner en présence d’un catalyseur les petites molécules produites par craquage thermique. Cela produit des molécules ramifiées dans le domaine de l’ébullition de l’essence qui présentent des caractéristiques supérieures(par exemple des caractéristiques anti-détonantes) pour des moteurs destinés à un haut rendement comme ceux utilisés aujourd’hui dans les avions de ligne.
Inventé par le Français Houdry, la méthode de craquage catalytique consiste à briser les molécules d’hydrocarbures lourds en présence d’un catalyseur finement divisé pour obtenir des produits plus légers, en particulier des essences , mais aussi des substances organiques qui entrent dans la fabrication de médicaments, de colorants, d’explosif, de plastiques, de détergents et de fibres synthétiques.
L’hydrocracking consiste à envoyer un flux d’hydrogène à haute température et à haute pression en présence d’un catalyseur chimique qui active la réaction .La pétrochimie fournit 80% des produits organiques nécessaires à l’industrie.