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[Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Gé

[Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 1 2ème Année Licence Génie des Procédés Industriels Année universitaire 2019-2020 Cours: Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie. Université M’hamed Bougara Boumerdès Faculté de Technologie Département de Génie des Procédés industriels [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 2 Chapitre III Schémas de Fabrication Pétrochimique [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 3 I- Introduction La pétrochimie est l'ensemble des technologies utilisant le pétrole ou le gaz naturel pour fabriquer des composés chimiques synthétiques (en 2017, la pétrochimie absorbe 13 millions de barils de pétrole chaque jour (Mb/j) et 300 milliards de m3 de gaz). Ces techniques reposent sur des réactions chimiques, souvent catalysées. Les distillats naturels et le gaz de schiste sont des matières premières apparentées également employées. Elle représente un secteur clé de l'industrie moderne car elle fournit des matières intermédiaires qui servent de base à la fabrication de nombreux objets du quotidien (plastiques, fibres textiles, adhésifs, détergents, cosmétiques, médicaments, emballages alimentaires, tuyaux, engrais, flacons...etc. Ce secteur est aussi un maillon indispensable de l'industrie, dans de nombreux domaines d'activité : • automobile : pour les équipements intérieurs ou les pneumatiques ; • construction : pour les matériaux isolants ; • informatique et électroménager : composants d'ordinateurs, de radios, télévisions… ; • santé : équipements de précision, matériel hospitalier. II- Molécules de base de la pétrochimie Tous les produits cités ci-dessus sont obtenus en faisant réagir des molécules dites « de base » obtenues à partir du pétrole, du gaz ou du charbon et en mettant en œuvre les réactions de la chimie organique. Il existe trois grandes familles de molécules de base, ces molécules constituent les trois filières de l’industrie pétrochimique : 1- les oléfines (double liaisons chimiques) 2- les aromatiques (benzène, toluène, xylènes) [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 4 3- les acétyléniques (triple liaisons chimiques) Les molécules de base sont produites par la principale unité du complexe pétrochimique : le vapocraqueur, mais proviennent également de la raffinerie. On trouve les oléfines dans les coupes légères du craquage catalytique et les aromatiques dans l’effluent du reformage catalytique. II-1- Production des molécules de base de la pétrochimie par le procédé de vapocraquage: « Steam cracking » Le vapocraquage, est le procédé de base pour la pétrochimie, car il représente la source de production d’éthylène, de propylène, de butadiène et autres intermédiaires pétrochimiques de première génération tels que les aromatiques. Le vapocraquage est un procédé thermique qui consiste à casser les liaisons C– C ou C–H au sein des molécules d’hydrocarbures conduisant à la formation de molécules insaturées (oléfines) et d’H2. Les réactions de craquage nécessitent un apport important d’énergie thermique et donc un niveau de température élevé. Ces réactions ont lieu dans des fours appelés « fours de pyrolyse ». Les conditions opératoires du vapocraquage sont les suivantes : ▪ température : > 800 °C ; ▪ pression : légèrement supérieure à la pression atmosphérique ; ▪ H2O/charge : 0,6 t/t ; ▪ temps de craquage : 0,1 à 0,5 s. La faible pression et l’injection de vapeur d’eau jouent un rôle de dilution en abaissant la pression partielle d’hydrocarbures et en limitant ainsi la formation de coke dans le four. On peut craquer une large gamme de charges dans une unité de vapocraquage : éthane, propane, butane, essence légère (naphta), gasoil et distillat sous vide. Les charges les plus courantes étant l’éthane issu du gaz naturel et le naphta. De par le caractère peu sélectif des procédés thermiques, l’effluent de vapocraquage [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 5 contient de nombreux produits : H2, méthane, éthylène, propylène, butadiène, isobutène, aromatiques, fuel très aromatique. ▪ Avec l’éthane comme charge, on obtient des rendements très élevés en éthylène (de l’ordre de 75 %), ▪ Avec le naphta, on obtient de 25 à 35 % d’éthylène, environ 15 % de propylène et 20 à 25 % d’aromatiques appelés (essence de pyrolyse). Figure1 : Schéma simplifié d’une unité de vapocraquage de Naphta. [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 6 III- Les différents types de plastiques L’éthylène et le propylène ont une caractéristique : ils peuvent s’agglomérer en molécules géantes, qui forment de longues chaînes, des fils de taille infinitésimale qui s’entrelacent de différentes façons. Ce sont les polymères qui forment la matière première du plastique. Ils se présentent souvent sous forme de granulés, mais aussi de poudres, de pâtes ou de liquides. En les travaillant, on va fabriquer diverses familles de matières plastiques : • le polyéthylène, le plus répandu dans le monde, est incontournable dans l’emballage (sacs de supermarché, bouteilles de lait et flacons), les jouets, les tuyaux, les films, etc. • le polypropylène peut être rendu plus rigide et résistant aux chocs, on l’emploiera dans les pare-chocs ou les tableaux de bord de voitures, dans les meubles, etc. • le polystyrène va être utilisé dans les téléviseurs, les appareils ménagers, les boîtiers de CD et de DVD, les pots de yaourt, l’isolation, etc. • Les polyvinyliques : sont des fibres ininflammables, isolantes. Ils servent à la fabrication de tissus d'ameublement (ex : le PVC). [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 7 IV- Exemples de procédés IV-1- Fabrication Industrielle du PVC IV-1-1- Définition du PVC (poly chlorure de vinyle) Le PVC est un matériau plastique fabriqué à base de sel et de dérivés du pétrole. Comme le principal composant est le chlore, la fabrication d'une certaine quantité de PVC nécessite moins de pétrole que plusieurs autres polymères (le PVC est préparé à partir de deux matières premières : 57 % de sel (NaCl) et 43 % de pétrole). Au départ, le PVC est un polymère thermoplastique obtenu par polymérisation du monomère de chlorure de vinyle. Il se présente sous forme de poudre, à laquelle en fonction de son utilisation finale sont ajoutés différents adjuvants : lubrifiants, stabilisants, plastifiants, charges… Figure 2 : Schéma de fabrication de la résine PVC Structure du poly (chlorure de vinyle) [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 8 IV-1-2- Schéma d'une installation de fabrication de polychlorure de vinyle Figure 3 : Installation de fabrication de polychlorure de vinyle [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 9 IV-1-3- Les procédés de polymérisation du monomère de chlorure de vinyle Les principaux procédés de polymérisation comprennent la polymérisation en suspension, en émulsion, et en masse. Environ 80% de la production utilise la polymérisation en suspension. Tout d’abord, le chlorure de vinyle est mis sous pression et liquéfié, puis introduit dans le réacteur de polymérisation, qui contient à l’avance de l’eau et des agents de suspension. Ensuite, l’amorceur est introduit dans le réacteur, et le PVC est produit sous quelques bars et à 40 – 60°C. Le rôle de l’eau est d’enlever et de contrôler la chaleur dégagée dans le processus de polymérisation. Le PVC forme de minuscules particules qui croissent et, lorsqu’elles atteignent la taille souhaitée, la réaction est arrêtée et tout le chlorure de vinyle qui n’a pas réagi est éliminé par distillation et réutilisé. Le PVC est séparé et séché pour former une poudre blanche également connu sous le nom de résine de PVC. La polymérisation en émulsion produit des particules de tailles plus fines, qui sont requises par certaines applications. IV-1-4- Caractéristiques du PVC Solidité : résistance mécanique et légèreté ; Durée de vie : plus de 30 ans pour les fenêtres, et plus de 60 pour les canalisations ; Facilité d’entretien : éponge ou serpillière ; Résistance au feu : retardateur de flamme ; Isolation : thermique, phonique, électrique ; Économie : excellent rapport qualité/prix ; Créativité : illimitée ; Recyclabilité : à 100% ; Hygiène : haute qualité sanitaire. [Cours « Introduction au Raffinage et à la Pétrochimie »] 2ème Année licence Génie des Procédés Industriels Enseignant : Mme BOUFELLAH Page 10 IV-1-5- Les types de PVC Dans l'industrie, il existe quatre types de PVC : ✓ Le PVC rigide, principalement utilisé dans le bâtiment pour la confection des canalisations ou des fenêtres; ✓ Le PVC expansé, plus connu sous le nom Forex, principalement utilisé pour la fabrication d'enseignes; ✓ Le PVC souple qui sert à fabriquer certains revêtements de sol; ✓ Les films de PVC comme le film étirable ou les films adhésifs utilisés dans uploads/Industriel/ chapitre-3 8 .pdf