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Université Kasdi Merbah Ouargla Faculté des hydrocarbures et des énergies renou

Université Kasdi Merbah Ouargla Faculté des hydrocarbures et des énergies renouvelables et Sciences de la terre et l’univers Département de production 2eme Production Professionnelle 2019/2020 Module : Production Préparé par : Sous la supervision du prof : - Barkat Mohamed El Fares - Belmiloud Fatima Zohra Les asphaltènes Année universitaire : 2020/2021 Dans le cadre du développement constant des techniques d’exploitation et de raffinage du pétrole, il serait important de définir avec précision la structure et le comportement de ses divers constituants. En effet, un pétrole brut est composé de quatre familles : les hydrocarbures saturés, les hydrocarbures non-saturés (aromatiques), les résines et les asphaltènes. Les asphaltènes et les résines sont les deux constituants principaux dans la fraction lourde des fluides de pétrole, Bien que ces produits soient souvent présents en faible quantité. Ces dernières années, les asphaltènes pose le problème de ‘’ dépôt d’asphaltènes ‘’ qui semble se généraliser presque sur tous les champs pétrolières Algériens où de nombreux puits ont vu leur potentiel tellement réduit que certains parmi eux ont dû être fermés. Ces problèmes de dépôt, sont non seulement produits pendant l’exploitation d’huile lourde avec un taux élevé en asphaltènes (Huile Sud-Américaine avec (10%) d’asphaltènes), mais aussi dans le cas d’huiles pauvres en asphaltènes (Huile Algérienne avec (0.75 %) d’asphaltènes, comme celle du champ de HASSI MESSAOUD en ALGERIE). Donc d’après cette introduction on veut poser les questions suivantes : quelles sont les asphaltènes ? quelles sont leurs caractéristiques et propriétés ? quelles sont les problèmes rencontrés dans l’industrie pétrolière à cause des asphaltènes ? et quelles sont les solutions disponibles pour éviter la formation des dépôts de asphaltènes ? Introduction Le mot asphaltène a été proposé pour la première fois par J. B. Boussingault en 1837 en France pour décrire les constituants d’asphaltes trouvés en France et au Pérou. Il a séparé les composants de ces asphaltes, il a appelé la fraction volatile, huileuse et soluble dans l’éther " pétrole ", la fraction insoluble dans l’alcool " essence " et la fraction restante à la fin de la distillation sous forme d’un résidu solide "asphaltène". Marcusson, définit les asphaltènes en 1945, comme la fraction insoluble dans l’éther de pétrole, et Pfeiffer les définit en 1950, comme la fraction du pétrole insoluble dans le n- heptane et soluble dans le toluène. Les asphaltènes sont des substances moléculaires que l'on trouve dans le pétrole brut, Les asphaltènes sous forme d’asphalte ou de produits bitumineux provenant des raffineries de pétrole sont utilisés comme matériaux de revêtement des routes, des bardeaux pour les toits et des revêtements imperméables sur les fondations des bâtiments. Ou bien les asphaltènes de pétrole sont des fractions à poids moléculaire élevé qui sont insolubles dans les paraffines à bas poids moléculaire (n- heptane, n-pentane) mais solubles dans certains solvants aromatiques comme le toluène, la pyridine ou le benzène Définitions - Photo d'un échantillon d’asphaltène - Composition chimique Le tableau ce dessous montre la composition élémentaire des asphaltènes de pétrole bruts de différentes origines : Maya (Mexique), Khafji (Arabie Saoudite), Iranian Light (Iran), et Hassi- Messaoud (Algérie) On remarque quel que soit la source de l’asphaltène, la teneur pondérale en carbone se situe au voisinage de 80-85%, celle de l’hydrogène de 7 à 10% et le rapport atomique H/C varie de 0,5 à 1,5. La teneur en hétéroatomes varie pour l'oxygène de 0,1 à 5 % ; le soufre de 0,1 à 10,5 % ; et l’azote de 0,5 à 3,5 %. La proportion des métaux tels que le vanadium et le nickel varie de 150 à 1200 ppm. Origine Mexiqu eMay a Arabie Saoudi teKhafj i Iran Iranian Light Algerie Hassi-Messaoud Compositi on (% poids) C H S N O H/C Métaux (ppm) Ni V Densité (g/cm3) 82 7,5 7,1 1,3 1,2 1,1 390 1800 1,1767 82,2 7,6 7,6 0,9 1,1 1,11 200 550 1,1683 83,2 6,8 5,9 1,4 1,5 0,98 390 1200 1,1669 83,16 8,42 8,42 1,2 99,50 82 ,80 1,094 - Les données précédentes nous montrent que l’asphaltène de Maya contient une quantité plus importante de métaux que les autres asphaltènes. Le rapport atomique H/C de l’asphaltène de Hassi- Messaoud est le plus élevé, et ceci peut être lié à une faible aromaticité c’est à dire que l’asphaltène est considérablement plus aliphatique que celui d’Iran. I. Les propriétés acido-basiques Les asphaltènes sont des composés qui comportant des hétéroatomes en périphérie, ils ont des fonctions acido-basiques dues à la présence d'hétéroatomes tels que le soufre, l'azote, et l'oxygène. Les atomes d'oxygène se présentent sous forme de groupes hydroxyles, et se comportent comme des sites donneurs d'électrons favorisant les liaisons hydrogène. La chromatographie par échange d'ions permet de séparer les groupements fonctionnels en trois fractions : - La fraction acide formée par les fonctions carboxyliques et phénoliques qui représentent environ 30% de l'ensemble des fractions. - La fraction neutre, près de 45%. - La fraction basique, en particulier les fonctions azotées et soufrées 20%. II.Les propriétés électrocinétiques Les particules d'asphaltène en solution placées dans un champ électrique sont mobiles. Elles sont donc chargées. Bien que cette charge soit assez faible, elle peut modifier le seuil de floculation. Plus sa valeur est grande, plus la suspension est stable. La conductivité des asphaltènes croît avec la concentration et la constante diélectrique du solvant. Elle croît fortement avec la fréquence, ce qui signifie que le transfert de charge contribue à la formation des agrégats. Le constant diélectrique des asphaltènes est compris entre 5 et 7. Cette valeur est directement reliée au pourcentage d'hétéroatomes contenus dans les particules, soulignant le rôle important des interactions dipôles-dipôles. III. Les propriétés de surface Les asphaltènes ont une valeur d’énergie de surface élevée car ce sont les composés les plus polaires du pétrole brut. E. Papirer a établi une corrélation entre l’énergie de surface et la composition de la molécule d’asphaltène. Propriétés des asphaltènes La connaissance des propriétés et du comportement de surface des asphaltènes et des résines est indispensable pour la conception des mesures préventives et curatives pour ces problèmes très sérieux. A cet effet plusieurs travaux ont été menés pour expliquer le comportement de surface des asphaltènes, L’association des résines et des asphaltènes forme des micelles ; les groupes polaires s’orientent de façon à minimiser l’énergie libre de surface. IV. Propriétés colloïdales des asphaltènes Les asphaltènes dans le pétrole brut forment un système colloïdal considéré par certains auteurs comme un ensemble résultant de l’agrégation de monomères ; il n’existe pas un monomère unique mais plusieurs oligomères de composition atomique différente. V.Propriétés physico chimiques des asphaltènes Masse moléculaire Du fait de leur faible solubilité et de leur tendance à s’associer dans les solvants usuels même à des concentrations très faibles ; La détermination des masses moléculaires des asphaltènes s’est avérée problématique et la masse moléculaire moyenne peut changer en fonction de l’origine des asphaltènes, Par exemple, Al Jarrah (Kuwait) ont montré que les masses moléculaires déterminées par osmomètre à pression de vapeur (OPV) variant de 935 à 6840 u.m.a pour des solvants ,ils ont relevé une diminution de 13900 à 6330 u.m.a lorsque la température augmente de 37 à 60 °C. Solubilité Structure des asphaltènes Les asphaltènes forment des entités micellaires entourés et stabilisés par les résines et certains autres constituants du brut. Ils ont suggéré qu'il existe une transition continue entre les entités les plus polaires (les asphaltènes) et les entités les moins polaires (les aliphatiques) La microstructure (0,5-40 Ǻ) des asphaltènes se compose des éléments suivants : Le feuillet, La particule - Structure des asphaltènes (Modèle Pfeiffer) - - Microstructure des asphaltènes - Problèmes liés aux asphaltènes Les asphaltènes représentent la fraction la plus lourde du pétrole. Bien que ces produits soient souvent présents en faible quantité, ils ont une influence considérable sur les propriétés physico-chimiques du brut. Leur capacité à floculer, à s’adsorber sur des surfaces et à former des dépôts solides, est à l’origine de nombreux problèmes aussi bien du point de vue exploitation des gisements que du raffinage. Les asphaltènes s’avèrent être responsables de la formation des précurseurs du coke, de la désactivation des réactions catalytiques et du défaut de fonctionnement de l’équipement de raffinage. Les dépôts d’asphaltènes causent également le colmatage des canalisations de transport et la perte de capacité du réservoir qui diminuent les débits et par conséquent une diminution de la production d’où une perte économique très importante. Ces problèmes de dépôt, sont non seulement produits pendant l’exploitation d’huile lourde avec un taux élevé en asphaltènes, mais aussi dans le cas d’huiles pauvres en asphaltènes (0.3 à 0.5 %), comme dans le cas du champ de HASSI MESSAOUD en ALGERIE, Ces dernières années, le problème de dépôt d’asphaltènes semble se généraliser presque sur tous les champs pétrolières Algériens où de nombreux puits ont vu leur potentiel tellement réduit que certains parmi eux ont dû être fermés. Ce phénomène affecte gravement les opérations de production et génère une augmentation importante des coûts due à la prévention et l'élimination des dépôts. Cependant, bien que la déposition d’asphaltènes soit un problème mondial, les principales causes n'ont pas uploads/Finance/ expose-production.pdf