Une raffinerie de pétrole est une installation industrielle qui transforme le pétrole brut en produits utiles grâce à des processus tels que la distillation et la purification. Grâce à des techniques telles que la distillation à pression normale et sous vide, le pétrole est séparé en fractions avec une plage d’ébullition définie.
Ces fractions sont ensuite raffinées à l’aide de méthodes telles que l’extraction ou le nettoyage chimique. Pour améliorer la qualité du produit, comme l’indice d’octane, des procédés de conversion tels que l’isomérisation ou le reformage catalytique sont utilisés. De plus, des additifs sont ajoutés aux produits pour améliorer ou modifier certaines propriétés.
Les produits obtenus comprennent des carburants de grande valeur tels que l’essence, le diesel, le kérosène et le gazole. Des matières premières pour l’industrie chimique sont également générées, telles que le gaz de pétrole liquéfié, le naphta et les distillats moyens.
Les raffineries de pétrole sont de grands complexes industriels, constitués de réservoirs, de colonnes de rectification, de systèmes de tuyauterie et de torches. Ces activités sont très gourmandes en énergie, puisque jusqu’à 50 % des coûts de production proviennent de l’énergie, qui est principalement fournie par les produits énergétiques eux-mêmes.
Le pétrole : la matière première d'une raffinerie
La matière première d’une raffinerie est le pétrole brut, un mélange complexe d’hydrocarbures. Les principaux types d’hydrocarbures présents sont les alcanes (paraffines), les cycloalcanes (naphtènes) et les aromatiques. Chaque type d’huile a une composition chimique spécifique qui dépend de son origine, ce qui influence également ses propriétés physiques, telles que la couleur et la viscosité.
Le pétrole brut contient également des composés contenant de l’azote, de l’oxygène et du soufre, tels que des amines, des porphyrines, des mercaptans, des thioéthers, des alcools et des quinones. De plus, il peut contenir des traces de métaux tels que le fer, le cuivre, le vanadium et le nickel. La proportion d’hydrocarbures purs varie entre 97% et 50% dans les pétroles les plus lourds. La teneur en carbone est comprise entre 83 % et 87 %, et la teneur en hydrogène est comprise entre 10 % et 14 %. D’autres éléments, tels que les composés métalliques, ont généralement une concentration inférieure à 1 000 ppm.
Le prix du pétrole brut varie selon les régions. Parmi les exemples les plus connus, on peut citer le West Texas Intermediate (WTI), un pétrole brut léger à faible teneur en soufre ; Brent Blend, de la mer du Nord ; et du brut lourd provenant du pétrole malaisien Tapis et du pétrole indonésien Minas, entre autres.
Quels produits sont obtenus dans une raffinerie ?
Les produits finis d’une raffinerie peuvent être gazeux, liquides ou solides.
Dans une raffinerie moderne, environ 3 % des produits sont des gaz liquéfiés tels que le propane et le butane, 9 % sont des dérivés tels que le naphta et 24 % sont de l'essence. Les autres produits comprennent le kérosène (4 %), le diesel (21 %), le fioul lourd (11 %) et les produits solides tels que le bitume (3,5 %) et les lubrifiants (1,5 %).
Le rendement du produit dépend de la nature du pétrole brut traité et de la configuration de la raffinerie. Les bruts légers, par exemple, produisent davantage de produits légers tels que le GPL, l’essence et le kérosène, tandis que les bruts lourds produisent davantage de produits lourds tels que le fioul. De plus, les raffineries modernes peuvent utiliser des procédés tels que le craquage pour convertir ces produits lourds en produits plus légers.
Comment fonctionne une raffinerie de pétrole ?
Le pétrole brut extrait des gisements subit un traitement préliminaire pour éliminer les impuretés telles que les sédiments et l’eau. Il est ensuite transporté à la raffinerie, où il subit un processus de distillation pour séparer ses composants en fractions ayant différents points d'ébullition. Ces composants sont traités pour produire des produits finis.
L’un des sous-produits du processus est le gaz de raffinerie, qui est utilisé comme source d’énergie dans les fours ou dans les processus chimiques.
Purification et dessalement du pétrole
Avant la distillation, le pétrole brut est dessalé pour éviter la corrosion des équipements. Ce procédé consiste à ajouter de l’eau au pétrole brut pour former une émulsion qui est séparée dans un dessaleur électrostatique. Le pétrole brut dessalé est ensuite pompé vers l’unité de distillation.
Traitement primaire : Distillation du pétrole brut
Le pétrole brut dessalé est chauffé en deux étapes : d’abord dans des échangeurs de chaleur, puis dans des fours jusqu’à environ 400°C. Il est ensuite distillé dans une colonne pouvant atteindre 50 mètres de haut. Dans ce processus, le pétrole brut est séparé en différents composants en fonction de leurs points d’ébullition, tels que l’essence, le kérosène, le diesel et les résidus.
Les résidus de cette première distillation sont soumis à une distillation sous vide pour obtenir des produits tels que le diesel sous vide et d'autres sous-produits.
Procédés de conversion et de mélange
Pour améliorer la qualité du produit et éliminer les contaminants tels que le soufre et l’azote, des procédés supplémentaires tels que l’hydrotraitement, le reformage catalytique, l’isomérisation et l’alkylation sont utilisés.
- Hydrotraitement : le pétrole brut est traité avec de l’hydrogène pour éliminer les composés soufrés et azotés.
- Reformage catalytique : Ce procédé améliore l’indice d’octane de l’essence et produit des hydrocarbures aromatiques, en plus de générer de l’hydrogène.
- Isomérisation : les alcanes sont convertis en isoalcanes pour améliorer l'octane.
- Alkylation : les isoalcanes et les alcènes se combinent pour former des hydrocarbures à poids moléculaire plus élevé et à indice d'octane élevé.
Craquage
Le craquage thermique, le craquage catalytique et l’hydrocraquage sont utilisés pour briser les chaînes d’hydrocarbures lourdes et produire des produits plus légers tels que l’essence et le diesel. Dans le craquage thermique, la chaleur est appliquée sans catalyseurs, tandis que dans le craquage catalytique et l'hydrocraquage, des catalyseurs sont utilisés pour accélérer les réactions.