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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieure et de la Recherche Scientifique Université de Blida –1- Faculté : Science et Technologie Département : Chimie Industrielle Spécialité : (Master2) Eau Environnement Développement Durable Mémoire de Fin d’études Évaluation Des Propriétés Physiques D’un Produit Naphta Réalisé par : Monsieur MADANI Ibrahim Proposé et Encadré par Mme: K.BOUFADENE Co-encadreur Mr: DJAMEL EL HADI Année universitaire 2013/2014 Arrivé à la fin de cycle d’étude et au parachèvement de mon mémoire, je tiens à remercie tous ceux qui m’ont soutenu tout au long de la réalisation de ce modeste travail, et plus particulièrement : Mr. DJAMEL EL HADI qui mon bien orienté et m’aider pour avoir ce succès. Mme. K.BOUFADENE, qui a tant déployé d’efforts pour la réussite de ce mémoire, sa sympathie, ainsi que tous ses précieux conseils tout au long de ce travail. Je remercie les membres du jury de m’avoir fais l’honneur d’examiner ce travail. Enfin, je remercie toutes les personnes qui ont contribué, de prés ou de loin, à la réalisation de ce travail. Résumé Dans le raffinage en veut déterminer les caractérisations du pétrole brut et des fractions pétrolières (sont obtenus par distillation de pétrole brut ). La détermination de ces caractérisations c’est que en veut sa valorisations optimale à pour certains but Ces caractérisations elle consiste de mesurer les propriétés physico-chimiques (mesure expérimentale) au laboratoire sur des équipements spécifiques. La détermination certains propriétés de mesurer quelque les paramètres physico-chimiques c’est-à-dire on peut pas utiliser les appareils dans ce cas là on utilise les corrélations directement. Nous avons calculé les propriétés moyennes des coupes naphta à partir de la composition des ces dernières, déterminés au laboratoire par la technique de la chromatographie. Abstract In refining wants characterizations determine crude oil and petroleum fractions (obtained by distillation of crude oil). The determination of these characterizations is that we want the optimal valuations for some purpose. These characterizations it is to measure the physical and chemical properties (experimental measurement) to the laboratory on specific equipment. Determining certain properties to measure some physic-chemical parameters that is to say we can’t use the devices in this case correlations are used directly. We calculated the average properties of naphtha cuts from the composition of the latter, the laboratory determined by the technique of chromatography. SOMMAIRE Introduction Générale……………………………………....................…….....1 Chapitre I : Généralité sur le Pétrole Brut….…………..……....2 I.1. Introduction……………………………………..………….……………..………..3 I.2. Prospection, Forage et Production de Pétrole Brut………………….......................4 I.2.1. Prospection ……………………………………………...……………………..4 I.2.2. Forage …………………………………………...………….….........................5 a- Emplacement du Forage………………………………………..........................5 b- Principe du Forage « Rotary »…………………………………........................5 I.2.3. Production …………………………………………………….........................9 I.3. Composition des Pétroles Bruts…………………………………..........................10 I.4. Classification des Pétrole Bruts……………………………………......................10 I.4.1. Distillation du Pétrole Brut…………………………………...…....................11 I.4.1.1. Principe…………………………………………………………………...11 I.4.2. Produit issu de la Distillation de Pétrole Brut………………….......................11 I.4.3. Procédé de Séparation du Pétrole Brut et Fractions Pétrolières........................12 I.4.3.1. Principe de la Distillation ………………………………………………...12 I.4.3.2. Distillation TBP…………………………………………………………..12 Chapitre II : La Technique de la Chromatographie en Phase Gazeuse.......15 II.1. Introduction……………………………………………………………………...16 II.2. Principe de la Chromatographie en Phase Gazeuse……………………..………16 II.3. Gaz Vecteur……………………………………………………………………...17 II.4. Appareillage…………………………………………………………………..…17 II.4.1. Injecteurs……………………………………………………………………..18 II.4.2. Colonne………………………………………………………………………19 II.4.3. Détecteur et enregistreur……………………………………………………..20 II.5. Analyse Qualitative en Chromatographie……………………………………….20 II.6. Analyse Quantitative en Chromatographie……………………………………...22 Chapitre III : Propriétés Physico-Chimiques...........................23 III.1. Introduction……………………………………………………………………..24 III.2. Propriétés Physico-Chimiques………………………………………………….24 III.2.1. La Densité …………………………………………………………………..24 III.2.1.1. Définition………………………………………………………………..24 III.2.1.2. Détermination…………………………………………………………...25 III.2.1.3. L’intérêt de la détermination de la Densité…………………………..…25 III.2.2. Température d’ébullition………………………………………………..…..26 III.2.2.1. Définition………………………………………………………………...26 III.2.2.2. Détermination …………………………………………………………...26 III.2.2.3. Estimation de la Température d’ébullition à Partir des Corrélations........27 III.2.2.4. L’intérêt de la détermination de la Température d’ébullition………...…27 III.2.3. La Masse Molaire…………………………………………………………...28 III.2.3.1. Définition………………………………………………………………..28 III.2.3.2. Détermination ………………………………………………………..…28 III.2.3.3. Estimation de La Masse Molaire à Partir des Corrélations………...…...29 III.2.3.4. Intérêt de la détermination de la Masse Molaire ……………………….30 III.3. Les Propriétés Spécifiques……………………………………………………...31 III.3.1. Facteur de caractérisation « Kuop »……………………..………………….31 III.3.2. Rapport massique « C/H »…………………………………………………..31 III.3.3. Facture de caractérisation de Huang « I »………………………………...…31 Chapitre IV : Calcule des propriétés des Fractions Pétrolières de type Naphta…………….…………………32 IV.1. Introduction………………………………………………………….………….33 IV.2. Collecte des données Chromatographique…………………………………..…33 IV.3. Calcul des Propriétés Physiques des Fractions Pétrolières de type Naphta...….34 IV.4. Calcul des Propriétés Spécifiques…………………………………………........36 IV.5. Propriétés spécifiques liées à la nature chimique. ……………………………..38 IV.6. Calcul de la Composition par Famille Chimique………………………………38 IV.7. Estimation des propriétés à partir des méthodes empiriques ………………….40 IV.7.1. Calcul de la Température d’ébullition……………………………………..40 IV.7.2. Calcul de la Masse molaire………………………………………………...41 Conclusion Générale……….…………………………………………….... 44 Références et Bibliographies Annexes Nomenclature API: American Petroleum Institue. ASPEN: American Society for Parenteral and Enteral Nutrition. ASTM: American Society for Testing and Materials. CPG: Chromatographie en Phase Gazeuse. C/H : rapport en masse. d4 20 : densité à 20°C. DHA: Detailed Hydrocarbon Analysis. FID: Détecteur à Ionisation de Flamme. I : facture de caractérisation de huang. Kuop: Facture de caractérisation de WATSON, NELSON &MURPHY. (uop :Universal Oil Produits). M : masse molaire. nd 20 : indice de réfraction à 20°C PTV: Programmable Température Vaporizer. SpGr: Specific Gravity. TBP: True Boiling Point (Point d’ébullition véritable). Teb : température d’ébullition. TCD: Détecteur à Conductibilité Thermique. [°C]: Degré Celsius. [°F]: Degré Fahrenheit. [°K]: Degré Kelvin. [mm Hg]: Millimètre de Mercure. [°R]: Degré Rankine. 1 Introduction Générale L’industrie du raffinage du pétrole brut, demeure le critère de base le plus important dans l’économie de nombreux pays du monde, en raison de sa contribution majeure à l’élargissement et au développement d’autre industrie. La caractérisation du pétrole brut et des fractions pétrolières est le début de toute étude de mise en œuvre de ces produits et leur valorisation. Cette caractérisation vise à déterminer leurs propriétés physico-chimiques et les compositions en différentes familles d’hydrocarbures présentes dans ces derniers. A cet effet, des techniques expérimentales basées sur des fondements physiques ou chimiques, dont la plupart sont régit par des normes, sont élaborées pour la mesure de ces propriétés ainsi que pour la détermination de la composition globale en chacune des familles d’hydrocarbures, dans le but d’avoir des résultats aisément reproductibles et comparable. Toutefois, en raison que ces techniques expérimentales présentent des limites telles que la complexité de leur mise en œuvre, le coût et le temps long de manipulation,ont fait que des méthodes de calcul ont été élaborées pour estimer de façon plus ou moins précis ces propriétés et ce à partir de corrélation empiriques. Les fractions pétrolières traitées dans le cadre de ce travail sont des coupes de type naphta distillant jusqu’à une température maximale de 200°C, récupérées au laboratoire par fractionnement du pétrole et du condensat algériens stabilisés. Au cours de la première partie, ces mêmes coupes ont été analysées par la technique chromatographie afin de fournir leurs compositions détaillées (qualitative et quantitative), ce qui a permis d’estimer leurs compositions en différentes familles d’hydrocarbures. La deuxième partie, a consisté en des calculs de ces compositions moyennant des corrélations empiriques entre la composition de ces fractions et leurs propriétés physiques. Les grandeurs physiques utilisées par ces méthodes sont les propriétés physico-chimiques moyennes telles que la densité, la température d’ébullition et la masse molaire. L’estimation de ces propriétés a nécessité la collecte de ces données relatives aux hydrocarbures purs, contenus dans ce type de coupes. Enfin la troisième étape de cette étude a pour objectif l’établissement de nouvelles corrélations donnant la composition des fractions pétrolières sur la base de la connaissance de grandeurs physiques facilement accessibles par expérience. Leurs utilisations permettent d’accéder rapidement à la composition, engendrant ainsi un gain de temps et une réduction des coûts. 2 CHAPITRE I Généralité sur le Pétrole Brut 3 I.1. Introduction Le Pétrole (L. Petroleum, du mot grec petra, et du latin oléum, huile) est une huile minérale composée d'hydrocarbures plus ou moins légers et de divers composés organiques piégés dans des formations géologiques particulières. Le pétrole brut résulte de la transformation, sous des pressions élevées et à l’abri de l’oxygène, de débris organiques (animaux ou végétaux) des peuplements marins. Mêlés aux sédiments, progressivement enterrés par le dépôt de nouvelles couches, sous les effets combinés de l’augmentation de la température et de la pression, ces déchets subissent des remaniements moléculaires. Ils deviennent alors des liquides ou des pâtes essentiellement composés d’hydrocarbures, molécules à base d’hydrogène et de carbone assemblées en chaînes plus ou moins complexes. À ces hydrocarbures s’ajoutent des proportions variables de souffre, d’azote, d’oxygène et des traces de multiples métaux. Au cours des temps géologiques, le pétrole dès sa formation commence sa migration vers la surface de la terre. Il va rencontrer sur sa route des roches poreuses appelées roches réservoirs dans lesquelles il va s’accumuler et former des gisements pétroliers. Chaque pétrole brut est un mélange unique de milliers d’hydrocarbures, variable non seulement d’un gisement à l’autre, mais aussi au sein d’un même gisement. Les hydrocarbures sont, pour la plupart, des liquides plus légers que l’eau, à pression atmosphérique et aux températures habituelles de la vie humaine. L'exploitation de cette énergie fossile est l'un des piliers de l'économie industrielle contemporaine, car le pétrole fournit la quasi-totalité des carburants liquides tels que l’essence, le kérosène, le gazoil et le fuel. Les fractions les plus lourdes du pétrole conduisent aux bitumes, aux paraffines et aux lubrifiants. Le pétrole fait l'objet d'une exploitation et d'une utilisation industrielle. Il est exploité en 1857 en Roumanie, et en 1859 aux États-Unis, dans l'état de Pennsylvanie. A uploads/Science et Technologie/ untitled-pdf.pdf