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2. Maitrise et généralités sur le propane et le polypropylène (demande et débou

2. Maitrise et généralités sur le propane et le polypropylène (demande et débouchés, procédé de transformation, produit dérivés). 2.1. Propane 2.1.1- Production du Propane Le propane de son appellation industrielle (GPL) est un hydrocarbure saturé composé de trois atomes de carbone et de huit atomes d’hydrogène (C3H8). Il est principalement issu du traitement du gaz naturel ou de la séparation des gaz de pétrole liquéfiés (propane et butane) provenant de la distillation atmosphérique du pétrole brut. Le propane est composé de trois atomes de carbone et de huit atomes d’hydrogène (C3H8). À l’état naturel, il se trouve dans les dépôts de pétrole associés au gaz naturel qui s’accumule dans les réservoirs souterrains formés de couches poreuses de grès et de roche carbonatée. Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) est majoritairement composé de méthane et de faibles quantités d’autres hydrocarbures C3 et C4. 2.1.2- Propriétés du propane. Le propane est un gaz plus dense que l'air (1,5 fois) dans les conditions normales de température et de pression, il forme donc des poches au sol dans une pièce remplie d'air. Il se décompose à partir d'une température supérieure à 780–800 °C. La combustion du propane est plus propre que celle de l'essence, mais significativement plus polluante que celle du méthane ou de l'hydrogène. La présence de liaisons C-C crée des résidus organiques en plus de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Ces produits rendent par conséquent la flamme visible. Les tableaux x et y suivants présentent les propriétés physiques et chimiques du propane respectivement : TABLEAU X : Propriétés physiques du propane Propriétés physiques Propriétés Propane T° fusion −187,63 °C T° ébullition −42,1 °C Solubilité 75 mg·l-1 (eau, 20 °C) Paramètre de solubilité δ 13,1 MPa (25 °C) Masse volumique 2,0098 kg·m-3 (0 °C, 1 015 mbar, gaz) 0,5812 kg·l-1 (−42,1 °C, 1 015 mbar, liquide) T° d'auto-inflammation 470 °C Point d’éclair −104 °C Limites d’explosivité dans l’air 1,7–10,8 %vol. 31–202 g·m-3 Pression de vapeur saturante 8,327 bar à 20 °C ; 10,8 bar à 30 °C 17,081 bar à 50 °C Point critique 96,75 °C, 42,5 bar, 0,2 l-1·mol-1 Point triple 1,685×10-9 bar à −188,15 °C Vitesse du son 1 158 m·s-1 (liquide, −42,1 °C) T ABL EAU Y : Propriétés chimiques du propane 2.1.3- Procédés de transformation du Propane. L'une des principales utilisations du propane récupéré à partir du gaz naturel est la production d'oléfines légères par des procédés de vapocraquage, du craquage catalytique principalement. Cependant, d'autres produits chimiques peuvent être obtenus directement à partir du propane par réaction avec d'autres réactifs que de l'éthane. Cela peut être attribué à la réactivité relativement plus élevée du propane par rapport à l'éthane en raison de la présence de deux hydrogènes secondaires, qui sont facilement substituables. Voici un aperçu de certaines réactions et substances chimiques importantes à base de propane : - L'OXYDATION DU PROPANE : L'oxydation non catalytique du propane en phase vapeur est non sélective et produit un mélange de produits oxygénés. L'oxydation à des températures inférieures à 400°C produit un mélange d'aldéhydes (l’acétaldéhyde et le formaldéhyde) et les alcools (alcools méthylique et éthylique). À des températures plus élevés, on obtient, en plus du peroxyde d'hydrogène, du propylène et de l'éthylène En raison de la non-sélectivité de cette réaction, la séparation est complexe, et le processus n'est pas attrayant sur le plan industriel. - LA CHLORATION DU PROPANE (Production de perchloroéthylène) La chloration du propane avec du chlore à 480-640°C donne un mélange de perchloroéthylène (Perchlore) et de tétrachlorure de carbone : CH3CH2CH3 + 8Cl2 → CCl2=CCl2 + CCl4 + 8HCl (Perchlore) Le tétrachlorure de carbone est généralement recyclé pour produire plus de perchloroéthylène selon l’équation suivante : 2CCl4 → CCl2=CCl2 + 2Cl2 Le perchlore peut également être produit à partir du dichlorure d'éthylène (1,2- dichloroéthane) par un procédé d’oxychloration-oxyhydrochloration et on obtient le trichloréthylène comme coproduit. Le perchlore et le trichlore sont utilisés comme agents de dégraissage des métaux et comme solvants dans le nettoyage à sec. Le perchlore est également utilisé comme agent de nettoyage et de séchage pour les équipements électroniques. Propriétés chimiques Formule brute C3H8 Masse molaire 44,0956 ± 0,003 g/mol C 81,71 %, H 18,29 %, Moment dipolaire 0,084 ± 0,001 D - NITRATION DE PROPANE (Production de nitroparaffines) La nitration du propane produit un mélange complexe de composés nitrés allant du nitrométhane aux nitropropanes. La présence des nitroparaffines sont attribuées à la fission de la liaison carbone-carbone qui se produit à des températures et pressions se situant dans les intervalles 390°- 440°C et 689-861.25 KPa, respectivement. L'augmentation du rapport molaire du passage du propane à l'acide nitrique augmente le rendement des nitropropanes. Les nitropropanes sont de bons solvants pour les résines vinyliques et époxy. Ils sont également utilisés pour fabriquer des propulseurs de fusée. Le nitrométhane est un additif de carburant pour les voitures de course. - DÉSHYDROGÉNATION DU PROPANE (Production de propène) La déshydrogénation catalytique du propane est une réaction sélective qui produit principalement du propène : CH3CH2CH3 → CH2=CH-CH3 + H2 Le procédé pourrait également être utilisé pour déshydrogéner le butane, l'isobutane ou des aliments mélangés au GPL. Il s'agit d'un système à un seul étage fonctionnant à une température de 540 à 680 °C et de 5 à 20 pressions absolues. Les conversions sont réalisables dans les 55 à 65 %, et les sélectivités peuvent atteindre jusqu'à 95 %. 2.1.4.- Débouchés du Propane. Le Propane, grâce à son absence d’impureté et la qualité de sa combustion fait de lui un combustible de choix pour les particuliers et les professionnels de différents secteurs : - Résidentiel : Chauffage des habitations et de l’eau, cuisine ; - Commercial : Chauffage des locaux à usage d'habitation, production d’eau chaude sanitaire, cuisine ; - Transport : carburant pour véhicules automobiles ; - Agriculture : (aviculture, élevages de volaille, serres maraîchères, etc.), chauffage des animaux - Agroalimentaire : Séchage des récoltes (maïs, tabac, noix, ail, etc.) - Industriel : Chariots élévateurs, chauffage pour l’affinage; - Industrie : deuxième réactif le plus utilisé dans l’industrie pétrochimique pour la synthèse du tétrachloroéthylène et du tétrachloréthane, réactif pour la production de l'éthylène et du propène au moyen du vapocraquage ; du craquage catalytique fluidisé ou de la déshydrogénation catalytique. 2.2 Propylène 2.2.1- Production du propylène. Le propène, anciennement appelé propylène, est un alcène de formule semi- développée CH2=CH-CH3. Cet important composé de l'industrie pétrochimique est principalement préparé par vapocraquage d’hydrocarbures ou par craquage catalytique dans les raffineries et sert principalement à fabriquer le polypropylène grâce à la réactivité de sa double liaison qui en fait un bon réactif pour des réactions de polymérisation. Le propylène (ou propène) est obtenu principalement comme coproduit selon deux voies : - Par vapocraquage des hydrocarbures en même temps que l’éthylène. En fonction de la charge utilisée et des conditions opératoires, la proportion de propylène produit varie. Pour une production de 100 kg d’éthylène, on produit 1,7 kg de propylène si la charge est de l’éthane, 35 kg si la charge est du gaz de pétrole liquéfié (GPL), 46 kg si la charge est du naphta et 52 kg si la charge est du gazole. - Par craquage catalytique dans les raffineries (FCC : Fluid Catalytic Cracking). Dans ce cas, le propylène est coproduit de la production de carburant. On dispose également d’autres voies de préparation : - par Déshydrogénation du propane (PDH : Propane Dehydrogenation), entre 500 et 700°C, selon la réaction : C3H8 → CH2CH3CH + H2 - Réaction de métathèse entre l’éthylène et le 2-butène. - production de propylène, à partir de méthanol (MTP : Methanol-To-Propylene). 2.2.2- Propriétés physico-chimiques du propylène La principale caractéristique du propène est la réactivité de la double liaison qui en fait un bon réactif pour des réactions de polymérisation, d'addition et d'oxydation. Les tableaux X1 et Y1 présentent les propriétés chimiques et physiques respectivement. Propriétés chimiques Formule brute C3H6 Masse molaire 42,0797 ± 0,0028 g/mol C 85,63 %, H 14,37 %, TABLEAU X1 : Propriétés chimiques du propylène TABLEAU Y1: Propriétés physiques du propylène 2.2.3-Demande et Débouchés du Propylène. 2.2.3. 1-Demande en Propylène La demande mondiale du propylène qui est la deuxième matière première de la pétrochimie la plus utilisé va grandissant. Le diagramme en Bâton ci-après montre la croissance des besoins mondiaux en fonction des sources de production : Evolution de la demande mondiale en Propylène. Source : CMAI Feb 2010 Propriétés physiques Propriétés Propylène T° fusion -185,24°C T° ébullition -47,69°C Solubilité 384 mg.l-1 (eau, 20 °C) Masse volumique 0,60941 g·cm-3 (liquide, -47,69°C) 1,9138 kg·m-3 (gaz, 0°C, 1 013 mbar) T° d'auto-inflammation 485 °C Point d’éclair −108 °C Limites d’explosivité dans l’air 1,8–11,2 %vol. Pression de vapeur saturante 10,14 bar à 20 °C Point critique 4 594 KPa, 91,75°C 2.2.3. 1-Débouchés du Propylène. Il n’y a quasiment pas d’utilisation directe du propylène. Il subit d’abord plusieurs transformations avant la fabrication de divers produits, la principale transformation étant sa polymérisation sous forme de polypropylène. La figure ci- après présente les différentes réactions chimiques conduisant à l’application du propylène dans la vie. Source : Extrait uploads/Industriel/ souley-honnore-2-propane-propylene-et-polypropylene.pdf