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Opération raffinerie La chaine pétrolière L'exploitation et la valorisation du

Opération raffinerie La chaine pétrolière L'exploitation et la valorisation du pétrole brut au travers la chaine pétrolière. Qu'est-ce que le pétrole brut? De la découverte d'un Gisement à pétrole à la pompe à essence, la chaine pétrolière est longue et complexe. Le pétrole est une roche carbonnée liquide issue de la décomposition d'organismes vivants principalement végétaux. Cette matière morte s'accumule par gravité, elle sédimente et s'enfuie au sein de la matière minérale piégée dans des formations géologiques particulières. Sous l'effet de la pression, de la température et de l'absence d'air elle se transforme petit à petit en huile minérale ou en gaz naturel ou encore en charbon. Son nom latin "Petroleum" est explicite; du grec "petra" = roche, et du latin "oleum" = huile. Le pétrole est essentiellement constitué d'atome de Carbone environ 85%, et de 13% d'atome d'hydrogène. Il est formé d'un ensemble complexe de molécules d'hydrocarbures, le pétrole contient aussi du Soufre jusqu'à 6%, de l'azote et de métaux tel que; le sodium, le magnésium, le silicium, le nickel, ou encore le fer. L'agencement multiple d'atomes de carbone et d'hydrogène conduit à la formation de 3 grandes familles d'hydrocarbures: - Paraffines (molécules ramifiés) ou Iso-paraffines (molécules +/- ramifiés) - Naphtènes (peuvent porter des ramifications) - Aromatiques (molécules en défficit d'atomes d'hydrogène) Les gisements de pétrole sont déssiminés dans plusieurs continents, les plus grands pays producteurs sont; l'Arabie saoudite, la Russie et les USA. Mais il existe des puits pétroliers en France notamment dans le bassin Parisien, qui produisent prés de 2% de la consommation nationale. Malgré leur composition et leurs origines très diverses, les pétroles bruts peuvent être regroupés en 2 principales catégories selon 2 caractéristiques essentielles: - Densité * entre 0.80 et 0.83 = léger (densité de l'eau est de 1) * entre 0.83 et 0.89 = moyen * > 0.89 = lourd - Teneur en Soufre * Brut faiblement soufré (BTS = Basse Teneur en Soufre), moins de 0.6% en masse de soufre * Brut fortement soufré (HTS = Haute Teneur en Soufre), plus 1.5% en masse de soufre Les bruts Européens, Africains ou Nord-américains sont plutôt léger à moyen est donc placés BTS. Alors que les bruts de Moyen-orient, d'Amérique de sud ou bien de Russie sont majoritairement moyen à lourd est donc HTS. Le pétrole est un composé précieux de part sa nature et sa composition, il constitut une fois transformé une source majeure pour notre socièté actuelle. Utilisé comme carburant des moteurs thermique, il est source d'énergie mécanique. Utilisé comme combustible dans les équipement de chauffage, il est source d'énergie thermique ou éléctrique. Enfin utilisé comme matière 1ère de la chimie organique ou pharmaceutique, il est le constituant majeure des matières synthétiques crée par l'homme d'aujourd'hui. Avant de valoriser un pétrole brut, il est nécessaire de le localiser puis de l'extraire. C'est ce qui est l'amont de la chaine pétrolière, chez TOTAL c'est la branche d'exploitation-production qui est chargée de ces activités. Une fois extrait, le pétrole est acheminé souvent sur une longue distance généralement par bateaux; appelés "Tanker" ou "Pipeline" appelé aussi "Oléoduc", vers les sites de transformation où il est raffiné. Le pétrole est plus léger que l'eau, puisque sa densité (< à 1) est inférieure à celle de l'eau (1). S'il est accidentellement déversé en mer, il va donc flotter. Vû la nature et la composition du pétrole, il est difficile de le valoriser en état, il doit donc subir un ensemble de traitements et de transformations afin d'en retirer un maximum de produits à haute valeur ajoutés. - Le gazole et le fioul domestique sont les mêmes produits - La distillation est un procédé permettant de séparer les constituants d’un mélange liquide par chauffage Nous avons vu que le pétrole est composé d'atomes de carbone et d'hydrogène issu d'organismes vivants, et qu'il avait besoin d'être raffiner pour pouvoir être utiliser dans la vie courante, ou de manière industrielle. Processus de raffinage Lorsque l'on chauffe du pétrole brut, on récupère d'abords les produits les plus légers, c-a-d les chaines carbonées les plus courtes de 1 à 4 atomes de carbone est donc les plus légers. C'est le cas du Propane et du Butane qui sont commercialisés sous forme de GPL (Gas du Pétrole Liquéfié), au fur et à mesure que la température augmente on vaporise des coupes de + en + lourdes. Le Naphta jusqu'à 150°C constitué de molécules composées de 5 à 10 atomes de carbone, ce Naphta sera valorisé soit comme matière 1ère pour l'industrie du plastique, soit comme base pour carburant essence. Le Kérosène entre 150 et 250°C est constitué de 10 à 15 atomes de carbone, servira essentiellement de carburant d'avions à réaction. Le Gazole entre 250 et 380°C constitué de 15 à 20 atomes de carbone après avoir subit des TTT complémentaires, lui constitura un carburant pour les moteurs diesel. Au dela de 380°C les molécules ne se vaporisent plus mais subissent une rupture de leurs chaine carbonée appelée Craquage thermique, il est alors temps à stopper la montée de température, la coupe résultante alors appelée "Résidu atmosphérique" ou R.A.T, car obtenu on augmentant la T° mais on restant dans des conditions de pression atmosphérique. La proportion des différentes coupes tirée d'un pétrole donnée est fonction de son origine (c-a-d; léger/moyen/lourd/BTS/HTS). Ainsi un brut venant de mer du nord contiendra d'avantage d'essence et de Kérosène, qu'un brut venant d'Arabie saoudite dont la part de RAT sera bien plus forte. Le prix du brut léger sera en conséquence plus élevé. En revanche la teneur en Gazole sera relativement constante (environ 25%) quelque soit la nature du brut. Voici donc le but du raffineur: - Séparer les molécules du pétrole brut selon leurs valorisations potentielles. - Modifier chimiquement les molécules en produit fini (quand les caractéristiques du produit fini le permet). Comment se passe cette transformation? La 1ère étape du processus du raffinage est une séparation physico-chimique du pétrole dans une grande colonne nommée Distillation atmosphérique ou "Topping" (qui permet d'obtenir les coupes déjà mentionnées). La 1ère coupe le Naphta peut être valoriser sous 2 formes: - Sert de matière 1ère de l'industrie pétrochimique qui produit notamment les Polylmères (Plastique) comme le Polyéthylène ou le Polystyrène, et sera alors transformé sur un site pétrochimique, dans une unité de Vapocraquage. Ce procédé (Vapocraquage) met en contact à très haute T° (700°C) le Naphta avec de la vapeur d'eau, se forment alors des Oléfines tels que l'Ethylène ou le Propylène c-a-d, des hydrocarbures possédant des liaisons doubles entre atomes de carbone. Ces molécules insaturées en Hydrogène sont peut stables et peuvent se lieés entre elles (se polymériser) on formant des longues chaînes c-a-d des Polymères. Lorsque le site pétrochimique est connexe à une raffinerie, on parle de Plateforme Intégrée. - Le Naphta est aussi utilisé pour produire des essences moteurs. Leurs deux propriétés majeurs sont; l'Indice d'Octane et la Teneur en Soufre: * L'indice d'Octane (ou Ron 95-98) est la capacité pour une essence de supporter une pression forte dans un moteur sans pour autant s'auto-enflammer. En effet il est important que le mélange Air- Essence injecté dans le moteur ne s'enflamme pas avant que la bougie ne produit son étincelle. Car ces 2 combustions Déphasés génèrent un phénomène de Cliquetis nuisible au moteur. Or les molécules linaires possédent une faible résistance à l'auto-inflammation, alors que certaines molécules ramifiées ou cycliques se caractérisent par un Ron élevé. C'est pour ça qu'ont recherchent pour les moteurs des molécules ramifiées ou cycliques. Afin d'optimiser le Ron du Naphta le raffineur peut modifier sa composition, on générant dans des unités dédiées des transformations chimiques spécifiques. L'unité d'Isomérisation augmentera la teneur en Isoparaffines, alors que l'unité de Reformage optimisera les teneurs en Aromatiques. * Par ailleurs, les essences moteurs doivent avoir une teneur en Soufre < ou = à 10 ppm pour des raisons environmentales; c-a-d 10 mg de Soufre pour 1kg. Pour atteindre ce taux on applique au produit un procédé de Désulfuration, cette réaction chimique est réalisée dans un réacteur sur un Catalyseur à haute T° et sous pression d'hydrogène, au contact du catalyseur le Soufre de part son infinité pour l'hydrogène est extrait des molécules d'hydrocarbures sous forme de H2S (Hydrogène Sulfuré). - La consommation en kérosène d’un Airbus A380: 12 tonnes par heure, soit environ 3 litres par passager et par km - L’origine du mot « diesel »: Du nom de l’inventeur de moteur diesel, i.e Rudolf Diesel - Aux États-Unis, la part de marché des véhicules diesel est de: 1% Nous avons vu avant, les 3 coupes obtenues on chauffant le pétrole brut à atmosphère ambiante, et les procédés permettant de valoriser le Naphta. Voyant maintenant comment valoriser le Kérosène et le Gazole. Le Kérosène se caratérise par 2 propriétés que sont: - Freezing point - Teneur en Soufre Mercaptan Le Freezing point est la température auquelle le Kérosène géle. Ce dernier ne doit pas se cristalliser à température rencontrée à haute altitude (vû que le Kérosène est utilisé par les avions), il faudrait donc que le uploads/Industriel/ total-mooc.pdf