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Soutenu le ( 2008) devant le jury : Président : Pr. HAMMOUDI. K, Professeur. UM

Soutenu le ( 2008) devant le jury : Président : Pr. HAMMOUDI. K, Professeur. UMBB Examinateurs : Dr. KADI. H, M.C UMM de TIZI OUZOU Dr. DAOUD K, M.C. USTHB de BAB EZZOUAR Dr. OTMANINE G, C.C UMBB Dr. BENTAHAR. N, C.C UMBB Rapporteur : Dr. MIMOUN. H, M.C UMBB Influence de la qualité de la charge sur les spécifications et le rendement des essences d’isomérisation République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université M’HAMMAD BOUGUERRA de Boumerdès Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Département : Génie des Procédés Chimiques et Pharmaceutiques Option : Technologie des hydrocarbures Mémoire de Magister Présenté par Mr IKKOUR Ahmed Thème En vue de l’obtention d’un diplôme de Magister en technologie des hydrocarbures Année universitaire 2007- 2008 Je tiens à remercier DIEU le Tout Puissant, pour le courage et la patience qu’il m’a offert, afin de réaliser ce travail. Je tiens à exprimer ma reconnaissance à : Mr. HAMMOUDI.K, Professeur à l’université M’hammad BOUGUERRA de BOUMERDES, pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant de présider le jury de ma soutenance. Je remercie les membres de jury : Mr.KADI. H, Maître de conférence à l’université Mouloud MAAMERI de TIZI OUZOU ; Mr. DAOUD. K, Maître de conférence à l’USTHB ; Mr. BENTAHAR. N, Chargé de cours à l’université M’hammad BOUGUERRA de BOUMERDES. Mr. OTMANINE. G Chargé de cours à l’université M’hammad BOUGUERRA de BOUMERDES. Je tiens à remercier Mr. MIMOUN. H, Maître de conférence à l’université M’hammad BOUGUERRA de BOUMERDES, pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant de m’encadrer ainsi pour sa disponibilité à toute épreuve. Toute mes reconnaissances à Mme OUDJEDI et Mme BELFODHIL du département Chromatographie du Centre de Recherche et Développement (CRD) de BOUMERDES, pour avoir accepter de faire les analyses chromatographiques de ce travail, ainsi que Mr BOZETINE. R. Je dédie ce modeste travail aux êtres les plus chers de ma vie; mon Père qui a fait de moi un homme et ma Mère qui n’a pas cessé de m’encourager pour donner le meilleur de moi-même. A mes très chers frères et sœurs : Hocine, Rabah,Ouerdia, Saadia,Chabha,Fatma, ainsi que leurs marie et leurs enfants A toute ma grande famille. A la mémoire de mon très cher ami Khaled HAMIMECHE, que Dieu le Tout Puissant accorde sa sainte miséricorde et l’accueille dans son vaste paradis. A toutes les enseignantes et enseignants qui ont contribué à ma formation, du seuil du primaire jusqu’à l’université. A tout le personnel du département Génie des Procédés Chimiques et Pharmaceutiques. Je tiens à le dédier aussi à mes amis sans exception, et à tous ceux qui sèment le bonheur dans mon chemin. Ahmed. SOMMAIRE Introduction générale.......................................................................................................1 PARTIE THEORIQUE : Chapitre I : Isomérisation des paraffines légères I-1. Le procédé d’isomérisation dans l’industrie de raffinage………..…………….3 I. 2. Notion de l’indice d’octane.…………………………………………………...3 I. 3.Techniques de mesure…………………...…………………………………..4 I. 4.Définition et but de l’isomérisation………………………...……………….6 I. 5. Isomérisation des oléfines...………………………………………………...7 I. 5.1 Catalyseurs………………………………………………………………...7 I. 5.1-a Catalyseurs acides…………………..…………………………………...7 I. 5.1-b Mécanisme d’isomérisation des oléfines…………………..………...........8 I. 5-2. Catalyseurs basiques………………………………………..……………...10 I-6. Isomérisation des paraffines…………………………………………………..12 I-6-1. Importance industrielle……………………………………………………..12 I-7. Thermodynamique de la réaction d’isomérisation……………………………15 Chapitre II : Développement des procédés industriels d’isomérisation II-1. Différents procédés industriels d’isomérisation……………………………..19 II. 1-a. Caractéristiques générales…………………………………………………19 II. 1-b. Procédé en phase liquide sur catalyseur au chlorure d’aluminium………..21 1. Procédé Isomate……………………………………………………………….22 2. Procédé basse température…………………………………………………….24 3. Procédé d’isomérisation en phase vapeur sur « catalyseurs d’hydrogénation sur support acide » ………………………………………………………………………..25 4. Procédé Penex…………………………………………………………………….26 5. Procédé Pentafining……………………………………………………………….28 6. Procédé Iso-Kel…………………………………………………………………...31 7. Procédé Isomerate………………………………………………………………...34 II. 2. Les charges…………………………………………………………………..36 II. 3. Catalyseurs commerciaux…………………………………………………...38 II. 4. Les condition opératoires et performances des catalyseurs…………………39 II. 5. Schémas simplifiés de procédés d’isomérisation……………………………41 II. 5.1. Procédés avec recyclage…………………………………………………...46 A . Recyclage basé sur la distillation……………………………………………...46 B . Recyclage basé sur adsorption sur tamis moléculaires………………………..47 Chapitre III : Les catalyseurs et le phénomène catalytique III. 1. Définition d’un catalyseur…………………………………………………..52 III. 2. Caractéristiques et propriétés des catalyseurs industriels…………………..52 1. Activité du catalyseur………………………………………………………….52 2. Sélectivité du catalyseur……………………………………………………….52 3. Stabilité du catalyseur………………………………………………………....53 4. Morphologie du catalyseur…………………………………………………….53 5. La résistance mécanique du catalyseur………………………………………..54 6. La résistance thermique du catalyseur…………………………………………54 7. Régénération du catalyseur……………………………………………………54 8. Reproductibilité du catalyseur…………………………………………………54 9. Le prix du catalyseur…………………………………………………………..54 III. 3. La catalyse………………………………………………………………….55 III. 3. 1. La catalyse hétérogène…………………………………………………...55 III. 3. 2. Mécanisme catalytique………………………………………………….55 Chapitre IV : Développement des catalyseurs d’isomérisation IV. 1. Historique des différents catalyseurs utilisés pour le procédé d’isomérisation……………………………………………….59 IV.1. a. Catalyseurs de première génération……………………………………....59 IV. 1. b. Catalyseurs de deuxième génération……………………………….........60 IV. 1. c. Catalyseurs de troisième génération……………………………………..60 IV.1. d. Catalyseurs de quatrième génération……………………………………..61 IV. 2. Cinétique et mécanisme………………………………………………………..64 IV. 3. Rôle du platine…………………………………………………………………68 IV-4) Influence des activités acides et hydrogénantes sur le comportement des catalyseurs bifonctionnel……………………………68 IV.5. Détermination de la contribution de chacun des mécanismes………………….72 IV.6. Aspect cinétique de l’isomérisation des alcanes C5 et C6.………………………73 IV. 6.1 Isomérisation du normal pentane (n-C5)…………………………………73 IV.6.2 Isomérisation du normal hexane (n-C6)……………………..…………….76 PARTIE EXPERIMENTALE : Chapitre V : Préparation du Catalyseur V. 1. Introduction……………………………………………………………...……..79 V. 2. Généralités sur les argiles…………………...……………………………….....80 V. 2. a. Définition………………………………………..……………………….80 V. 2. b. Acidité des argiles………………………………………………………..80 V. 3. Préparation du catalyseur………………………………………………………..81 V. 3. a. Mode opératoire…………………………………………………………..81 V. 3.b. Elaboration du catalyseur…………………………………………………82 1. Caractérisation physico-chimique du catalyseur……………………………..82 2. Composition du catalyseur…………………………………………………...82 V.4. Activation du catalyseur…………………………………………………………83 Chapitre VI : Préparation et caractérisation des charges utilisées VI. 1. Données relatives au condensât………………………………………………...87 VI. 2. Analyse du condensât…………………………………………………………..87 VI. 2. a. Caractéristiques du condensât…………………………………………...88 VI. 2. b. Composition chimique du condensât……………………………………89 VI. 2. c. Distillation TBP du condensât………………………..…………………90 VI. 2. d Distillation ASTM du condensât…………………………………………92 VI. 3. Analyse chromatographique de la fraction PI-70°C…………………………...94 VI. 4. Isomérisation de la fraction PI-70°C…………………………………………..95 VI 5. Détermination de la qualité de la charge et des essences obtenues………….....99 VI. 6. ASTM des différents isomérisats……………………………………………..104 VI. 7. Tableau récapitulatif………………………………………………………….105 VI. 8. Distillation TBP du pétrole brut………………………………………………107 VI. 9. Composition chimique de la charge C5-C6 du pétrole brut …………………..108 VI.10. La composition de la charge composée de 50% de la fraction C5-C6 du condensât et de 50% de la fraction C5-C6 du pétrole brut…………………………...111 VI.11. La composition de la charge composée de 75% de la fraction C5-C6 du condensât et de 25% de la fraction C5-C6 du pétrole brut…………………………..113 Chapitre VII : Interprétation des résultats VII.1. Interprétation des résultats ……………………………………………116 CONCLUSION GENERALE……………………………………………………..118 Bibiographie………………………………………………………………………...119 Annexes Résumé : Les nouvelles normes antipollution imposent une reformulation de l’essence. Le problème actuel des raffineurs est de produire une essence ayant un indice d’octane élevé et contenant moins de produits de reformage. Une solution possible consiste à isomériser les paraffines linéaires (surtout C5, C6). L’isomérisation squelettique des paraffines à chaîne linéaire est une réaction importante dans la chimie dérivée du pétrole. Ce processus implique la transformation des paraffines linéaires à faibles indices d’octane, en leurs homologues branchés d’indices d’octane plus élevés. Dans le présent travail, on se propose d’étudier l’influence de la qualité de la charge sur les spécifications et le rendement des essences d’isomérisation, et pour cela nous avons proposé deux catalyseurs, le Wolfram et la Bentonite enrichie en Cobalt et en Nickel. Ce travail comporte trois étapes : • 1ère étape consistant en une étude bibliographique du procédé d’isomérisation des paraffines légères sur des catalyseurs zéolithiques. • 2ème étape est la partie expérimentale où nous avons isomérisé la fraction C5-C6 issue du condensât à des températures différentes sur un catalyseur qui est à base de la bentonite enrichie en Nickel et en Cobalt en présence d’une pression d’hydrogène. • 3ème étape est le second volet de la partie expérimentale qui consiste en une isomérisation de la charge C5-C6 issue du pétrole brut sur un catalyseur à base de Wolfram et en présence d’une pression d’hydrogène, et aussi une isomérisation de la charge composée de 50% de C5-C6 issue du pétrole brut et 50% de C5-C6 issue du condensât et la charge composée de 25% de C5-C6 issue du pétrole brut et 75% de C5-C6 issue du condensât sur un catalyseur à base de wolfram et en présence d’une pression d’hydrogène. Abstract : The new pollution control standards imposed a reformulation of gasoline, the current problem is refiners to produce gasoline with a higher octane rating and fewer products containing reformation, One possible solution is to isomériser linear paraffins (especially C5-C6). The skeletal isomerization paraffins linear chain reaction is a major in chemical derived from petroleum. This process involves the conversion of paraffins linear low octane, connected to their counterparts octane numbers higher. In the present work is aimed at studying the influence of the quality of the burden on the specifications and performance of isomerization essences, and for this reason we proposed two catalysts, Wolfram and Bentonite enriched Cobalt and in Nickel. This work involves three steps: • 1st stage, which consists of a literature review of the process in light of paraffin isomerization catalyst. • Step 2 is the experimental part where we isomériser fraction C5-C6 end of condensate and at different temperatures over a catalyst which is based on bentonite enriched Nickel and Cobalt in the presence of a hydrogen pressure. • Step 3 is the second part of the experimental part, which consists of isomerization of the burden C5-C6 outcome uploads/Geographie/ theme-memoire-de-magister.pdf