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Raffinerie
Port Arthur Texas

Qu'est-ce qu'une raffinerie de pétrole ?

Une raffinerie de pétrole est une installation industrielle, à partir de la matière première pétrolière par purification et distillation sous pression normale et sous vide en fractions avec une plage d'ébullition définie transférée. Un raffinement supplémentaire des coupes bouillantes est effectué par des méthodes telles que des méthodes d'extraction ou de nettoyage chimique. Pour augmenter la qualité des produits, comme leur indice d'octane, des procédés de conversion comme l'isomérisation ou le reformage catalytique sont utilisés. De plus, des additifs sont ajoutés aux produits qui améliorent ou suppriment certaines propriétés.

Qu'est-ce qu'une raffinerie de pétrole ?

Des produits de plus grande valeur sont obtenus, tels que l'essence, le diesel, le gazole ou le kérosène. Pour l'industrie chimique, des matières premières telles que le gaz de pétrole liquéfié, le naphta et le distillat moyen sont produites. Les raffineries de pétrole sont souvent de grands complexes industriels dont l'image est constituée de vastes parcs de stockage, de colonnes de rectification, de tuyauteries et de torchères. Les raffineries de pétrole sont considérées comme des entreprises énergivores. L'intrant énergétique élevé nécessaire (jusqu'à 50 % des coûts) à la production est obtenu en partie à partir des vecteurs énergétiques primaires eux-mêmes, et est fourni sous forme d'énergie électrique et d' énergie thermique.

Quelle est la matière première d'une raffinerie ?

La matière première des raffineries est le pétrole. Le pétrole est constitué d'un mélange d'hydrocarbures. Les plus représentés sont les alcanes linéaires ou ramifiés (paraffines), les cycloalcanes (naphtènes) et les aromatiques. Chaque huile a une composition chimique spécifique, en fonction de l'emplacement, qui détermine également les propriétés physiques telles que la couleur et la viscosité.

Le pétrole contient, dans une moindre mesure, des composés carbonés contenant de l'azote, de l'oxygène ou du soufre, tels que des amines, des porphyrines, des mercaptans, des thioéthers, des alcools et des quinones. En outre, il existe des composés métalliques tels que le fer, le cuivre, le vanadium et le nickel., La proportion d'hydrocarbures purs varie considérablement. La proportion varie de 97 % à seulement 50 % pour les pétroles lourds et le bitume. La teneur en carbone est comprise entre 83 et 87 %, la teneur en hydrogène entre 10 et 14 %. Les autres éléments du groupe principal se situent entre 0,1 et 1,5 %, la teneur en composés métalliques est inférieure à 1 000 ppm.

Les pétroles bruts typiques diffèrent selon le gisement. Le West Texas Intermediate (WTI) est un brut léger de haute qualité, léger et à faible teneur en soufre de Cushing, Oklahoma. Un représentant européen est Brent Blend, un pétrole brut provenant des 15 champs pétrolifères Brentsystem existants en mer du Nord. Dubaï et Oman au Moyen-Orient sont principalement promus pour le marché Asie-Pacifique. Tapis de Malaisie est léger, Minas d'Indonésie est un brut lourd d'Extrême-Orient.

Quels produits sont obtenus dans une raffinerie ?

Les produits finis peuvent être gazeux, liquides ou solides. En pourcentage, le rendement d'une raffinerie moderne est d'environ 3% de gaz liquéfiés, comme le propane et le butane. Environ 9 % sont dérivés du pétrole (naphta) et 24 % de l'essence (essence). Les carburants à point d'ébullition plus élevé tels que le carburéacteur (kérosène) représentent 4 %, le carburant diesel et le carburant léger jusqu'à 21 %, le carburant lourd 11 %.

Les composants solides et à haute viscosité, comme le bitume ou le fioul, sont lourds à 3,5 %, les lubrifiants à 1,5 %. Environ 2 % sont imputables à d'autres produits ou pertes. Selon le degré de transformation ultérieure, la consommation propre de la raffinerie est comprise entre 5 et 10 % du pétrole brut utilisé. Le MiRO, par exemple, a une capacité de 16 millions de tonnes de pétrole brut, qui est transformée en 14,9 millions de tonnes de produits finis, ce qui signifie que l'autoconsommation est d'environ 7 %.

Les quantités de produits finis dépendent, d'une part, des types de pétrole brut utilisés et, d'autre part, des installations de traitement disponibles à la raffinerie. Par conséquent, les pétroles bruts "légers" contiennent des niveaux relativement élevés de produits légers, c'est-à-dire de faible densité, tels que le GPL, le kérosène, l'essence, le diesel. Les pétroles bruts lourds contiennent de grandes quantités de produits lourds, tels que le mazout lourd et le bitume.

Dans les raffineries modernes, certains de ces composants lourds peuvent être convertis en composants plus légers, tels que le craquage, de sorte qu'une telle raffinerie puisse traiter plus de brut lourd.

Comment fonctionne une raffinerie de pétrole ? 

L'huile extraite des réservoirs est traitée sur place avant d'être acheminée vers la raffinerie, essentiellement par séparation grossière des composants indésirables, tels que les sédiments et l'eau. Après ces premières étapes de traitement, le pétrole brut produit est maintenant livré à la raffinerie par bateau ou par pipeline. Ici, le mélange liquide est séparé en étapes supplémentaires avec un processus de distillation spécial en différentes fractions et transformé en produits commercialisables. La technologie est si avancée aujourd'hui qu'aucune substance du pétrole brut ne reste inutilisée. Même le gaz de raffinerie produit est utilisé comme sous-produit indésirable. Il est utilisé directement dans les fours de process comme vecteur énergétique ou utilisé dans le traitement chimique comme gaz de synthèse.

Purification d'huile / dessalement

Le pétrole/pétrole brut est déjà libéré dans le réservoir de sable et d'eau. Pour éviter la corrosion dans l'équipement, le pétrole brut est dessalé (à <10 ppm de salinité), en ajoutant de l'eau, une émulsion de pétrole brut et d'eau est produite. Le sel se dissout dans la phase aqueuse de cette émulsion. L'émulsion est ensuite re-séparée dans un dessaleur électrostatique, l'eau salée se dépose au fond et est acheminée vers des usines de traitement appropriées, et le pétrole brut dessalé est pompé pour être distillé.

La réfraction de l'émulsion se produit à des températures élevées d'environ 130°C pour diminuer la viscosité du pétrole brut et des tensions d'environ 20 kV. Travailler à haute pression empêche les volatils de s'évaporer pendant cette étape du processus. L'émulsion d'huile et d'eau peut également être rompue en ajoutant des produits chimiques appropriés, appelés désémulsifiants.

Traitement primaire (distillation de pétrole brut)

Après dessalage, le pétrole brut est chauffé en deux étapes. Le préchauffage se fait dans des échangeurs de chaleur en récupérant la chaleur du produit périmé. Le préchauffage maximal est effectué par des fours jusqu'à environ 400°C. L'huile chauffée est purifiée par rectification dans une colonne jusqu'à 50 m de haut. Séparé en ses composants. Le pétrole brut entre dans la colonne dans un flux diphasique (gaz/liquide).

Le profil de température descend vers le haut. Comme la température en pied, c'est-à-dire en pied de colonne, est plus élevée et que les composants légers ne peuvent pas se condenser, ils continuent à monter sous forme gazeuse.

En tête de colonne, le gaz et l'essence légère, appelée naphta, y compris, le kérosène, intermédiaire pour les avions à turbine (à ne pas confondre avec le soi-disant "carburant à réaction", l'AVGAS pour les avions ottmotorenen), le carburant diesel et le fioul léger (Fioul et gasoil de chauffage. -Stock) et en bas - le bas de la colonne - le résidu atmosphérique (en anglais : Long résidu). Cette première rectification a lieu à pression atmosphérique et est donc appelée rectification atmosphérique.

Le résidu est redistillé dans une autre colonne de rectification à basse pression (généralement ~ 20 mbar) pour le décomposer en d'autres produits (voir distillation sous vide). La rectification sous vide est nécessaire car la longueur de la chaîne des hydrocarbures à point d'ébullition élevé est plus longue et, à des températures élevées, supérieures à 400 ° C, ils ont tendance à se décomposer thermiquement plutôt qu'à se distiller. Les produits de la distillation sous vide sont le gazole sous vide et ce que l'on appelle le "résidu court".

Méthode de conversion et de mélange

Après le traitement primaire, divers procédés de finition sont utilisés pour éliminer les contaminants (soufre, azote) et améliorer la qualité des intermédiaires. Par la suite, les produits finaux, tels que l'essence à moteur, le Jet A-1, le carburant diesel ou les carburants de divers composés/composants intermédiaires mélangés ensemble (réseaux), qui sont produits dans les procédés de fabrication mentionnés ci-dessous.

Hydrotraitement

Les composants de la distillation fractionnée (naphta, distillats moyens, gazoles sous vide) sont encore riches en composés soufrés. Ceux-ci pourraient empoisonner les catalyseurs lors du traitement en aval (réformage catalytique, voir ci-dessous). La combustion directe de produits non traités (huile de chauffage) produirait du SO 2 nocif pour l'environnement. Lors de l'hydrotraitement, les composants à désulfurer sont mélangés avec de l'hydrogène et chauffés à environ 350°C. Le mélange chaud entre dans un réacteur rempli de nickel, de molybdène ou de cobalt sur des catalyseurs d'alumine qui font réagir l'hydrogène avec des composés de soufre, d'azote et d'oxygène pour produire du sulfure d'hydrogène, de l'ammoniac et de l'eau.

reformage catalytique

Le reformage catalytique vise à augmenter l'indice d'octane du naphta (plage d'ébullition ~ 70-180 °C) et à produire des hydrocarbures aromatiques. De plus, l'hydrogène est obtenu en tant que produit utilisé dans les procédés d'hydrotraitement et d'hydrocraquage. Le reformage s'effectue à environ 500 °C et, selon le type de procédé, de 3,5 à 40 bar. Des catalyseurs bifonctionnels (platine-étain ou platine-rhénium, sur oxyde d'aluminium chloré ou zéolithes) sont utilisés.

Au niveau des centres métalliques du catalyseur, les réactions d'hydrogénation/déshydrogénation sont préférentiellement réalisées, tandis que les sites acides catalysent les réactions d'isomérisation et de cyclisation. Une réaction secondaire indésirable est la cokéfaction du catalyseur par des réactions de polymérisation et de déshydrogénation. Le coke est éliminé en brûlant le coke puis en oxychlorant le catalyseur.

isomérisation

Lors de l'isomérisation, les n-alcanes sont convertis en iso-alcanes dans le but d'améliorer l'octane ou de modifier le schéma de substitution sur l'aromatique. Par conséquent, le méta-xylène en o- et p-xylène s'isomérise, car ceux-ci sont utilisés pour la préparation d'anhydride phtalique ou de téréphtalate de diméthyle. Il existe des catalyseurs similaires à ceux du reformage catalytique en cours d'utilisation. La réaction est effectuée à des températures plus basses, autour de 250 °C et, pour éviter la désactivation du catalyseur par cokéfaction, à une pression partielle d'hydrogène modérée d'environ 15 bars. En raison des conditions douces par rapport au processus de reformage catalytique, les réactions de craquage et de fermeture de cycle sont largement supprimées.

D'autres procédés d'isomérisation concernent la conversion du n-pentane en isopentane ou du n-hexane en isohexane (amélioration de l'indice d'octane, par exemple procédé Hysomer, procédé PENEX).

alkylation

Dans l'alkylation sont des iso-alcanes (isobutane) et des alcènes ( n - et iso -) sous catalyse acide pour former des iso-alcanes à indice d'octane élevé de poids moléculaire plus élevé (C 7 -C 12 ) mis en œuvre. C'est ainsi que l'isobutène et l'isobutane réagissent. pour. au 2,2,4-triméthylpentane (isooctane). Les réactifs sont mis à réagir en phase liquide dans un excès d'alcane avec de l'acide sulfurique concentré ou de l'acide fluorhydrique anhydre.

Le temps de séjour typique est d'environ 10 à 15 minutes. Ensuite, les phases liquides sont séparées par sédimentation des phases. Dans ce que l'on appelle l'iso-stripper, l'iso-alcane est séparé et renvoyé au processus (recyclé). Le produit fini est connu sous le nom d'alkylat. Le procédé convient si la raffinerie dispose de vapeur ou d'un craqueur catalytique et peut donc fournir les matières premières pour l'alkylation.

fissuration

Il existe trois grands groupes de craqueurs : thermique, catalytique et hydrocraquage.

Lors du craquage thermique, il n'y a pas de catalyseurs. En conséquence, des résidus de distillation d'huile peuvent être fournis, ce qui endommagerait le catalyseur lors du craquage catalytique en raison de sa teneur en métaux lourds et en soufre.

Lors de la viscoréduction z. B. est le craquage des huiles résiduelles lourdes à des temps de séjour modérés et à des températures autour de 500°C dans le but de produire du gazole. Le rendement en diesel (et plus léger) est d'environ 30% pour le brise-glace. Une distillation ultérieure sépare les fractions volatiles.

Dans la cokéfaction retardée, le coke de pétrole est récupéré par craquage thermique des résidus de distillation sous vide. A cet effet, l'huile résiduelle est chauffée à environ 500 °C et pulvérisée dans des chambres de cokéfaction, où elle est transformée en coke de pétrole, en hydrocarbures liquides et gazeux. Après cokéfaction, le coke est séparé mécaniquement et, si nécessaire, débarrassé des composés volatils dans des fours de calcination à des températures de 1200°C.

Cependant, le naphta, le gazole ou même les gazoles hydrogénés sous vide (Hydrowax, Hydrocracker BOttoms) peuvent également être craqués thermiquement par ce que l'on appelle le vapocraquage d'éthène, de propène et d'aromatiques. produire

Lors du craquage catalytique, on utilise des silicates acides comme catalyseurs, les matières premières étant du gaz de pétrole lourd atmosphérique ou du gaz sous vide. Les produits sont principalement des oléfines et des alcanes à chaîne courte.

Lorsque j'hydrocraque des alcanes à longue chaîne, ils sont convertis sur l'alimentation en hydrogène en alcanes à chaîne courte. À des pressions partielles d'hydrogène plus élevées, même les composés aromatiques sont hydrogénés et ainsi des cycloalcanes sont générés. L'éduit utilisé est principalement du gazole sous vide. La plupart des composés de soufre et d'azote dans le réactif s'hydrogéneront, ce qui entraînera des volumes substantiels de H2S et de NH3.

méthode claus

Les procédés d'hydrotraitement, d'hydrocraquage et la nécessaire production de gaz de synthèse à partir d'huile lourde produisent des quantités considérables d'H 2 S, qui ne peuvent être simplement "brûlés". Dans le procédé Claus, le sulfure d'hydrogène résultant est brûlé de manière sous-stoechiométrique avec de l'oxygène atmosphérique dans un réacteur. Le SO 2 résultant se décompose avec le H 2 S résiduel en soufre élémentaire et en eau.

La réaction initialement incomplète est conduite à travers plusieurs étapes catalytiques à des températures plus basses pour achever la conversion.

Dans un autre procédé (procédé WSA, acide sulfurique humide), l'acide sulfurique est produit directement à partir d'hydrogène sulfuré.

Protection de l'environnement, sécurité au travail et sécurité des installations

Les équipements de traitement, les réservoirs et les systèmes de tuyauterie sont soumis à des mesures de sécurité étendues. L'objectif de la sécurité des installations et de la prévention des accidents est de prévenir les perturbations et de limiter les effets des perturbations encore présentes sur les personnes et l'environnement.

Les installations de production, de stockage et d'extraction de pétrole brut et de ses dérivés nécessitent un permis en Allemagne conformément à la loi fédérale sur le contrôle des immissions. Cela nécessite que les usines soient construites et exploitées selon l'état de la technique. De plus, les normes techniques applicables doivent être respectées. Les exigences relatives à la gestion des substances polluantes dans l'eau découlent de la loi sur les ressources en eau.

histoire des raffineries

Les premières raffineries de pétrole ont déjà été construites au début de l'ère de l'huile minérale, c'est-à-dire au milieu du XIXe siècle. La première raffinerie a été créée en 1856 par Ignacy Łukasiewicz, l'inventeur de la lampe à pétrole, à Ulaszowice, en Pologne. Après avoir été détruite par un incendie, une autre raffinerie plus moderne a été construite à Chorkówka. Très vite, les huiles luminescentes dérivées du pétrole ont remplacé les combustibles pour lampes jusqu'alors obtenus à partir de graisses animales, notamment le Waltran, pour lequel un traitement du pétrole brut par distillation était d'abord nécessaire.

La distillation de l'huile récupérée a été réalisée de manière très simple. À cette fin, une bouilloire en cuivre a été remplie d'environ 750 litres d'huile et le contenu de la bouilloire a été bouilli. Les vapeurs résultantes ont été passées à travers un système de tubes de refroidissement où elles se sont condensées. De cette façon, l'huile, qui était utilisée pour l'éclairage des lampes à pétrole, a gagné. Le résidu de goudron restant dans la chaudière était éliminé comme déchet.

L'exploitation d'autres produits pétroliers, et en particulier la diffusion rapide des moteurs à combustion interne après la Première Guerre mondiale, a non seulement nécessité la construction de nombreuses nouvelles raffineries, mais a également conduit à un développement rapide du procédé de raffinage. .

Comme dans de nombreuses autres industries, les exigences pour une raffinerie, et en particulier pour les produits, ont changé au fil des ans. En gros, voici l'adaptation du cahier des charges du produit à l'appel, qui a changé en raison des lois (environnement et santé). Par exemple, la teneur en soufre autorisée dans la plupart des carburants ainsi que dans le mazout a diminué.

Auteur :

Date de publication : 30 octobre 2018
Dernier examen : 30 octobre 2018