Pétrochimie

                                   CHIMIE DU PETROLE

          I°) La composition du pétrole

La composition du pétrole dépend de l’endroit d’où il est extrait.  Sur le marché, il y a  actuellement une centaine de pétrole brut différents. Le pétrole s'est formé sous la surface de la Terre à la suite de la décomposition d'organismes marins. Il y a plusieurs millions d'années, d'innombrables végétaux, micro-organismes et espèces planctoniques, vivaient dans les océans. Lorsque les générations successives mouraient, leurs restes se déposaient au fond des océans. Pendant des millions d'années, ils s'accumulèrent et se mélangèrent à la boue et au limon, pour former des couches de sédiments riches en matières organiques, le kérogène.
 L'accumulation continue de sédiments enfouit ces couches organiques à de grandes profondeurs ; sous l'effet de la compression, celles-ci se transformèrent en roches qui devinrent des réservoirs de pétrole. Les roches contenant la matière première du pétrole sont appelées «roches mères». L'épaisseur de ces couches sédimentaires augmentant, la température s'éleva, entraînant une transformation des matières organiques en substances plus simples, les hydrocarbures, composés de carbone et d'hydrogène. Ainsi se constitua le pétrole.
 C'est un mélange complexe d’hydrocarbures de différentes familles (paraffiniques, naphténiques, aromatiques) associé à des composés oxygénés, azotés et sulfurés ainsi qu’à des traces de métaux particuliers (vanadium, molybdène, nickel), le pétrole brut est connu depuis la plus haute antiquité.



          II°) Le raffinage

Une fois le pétrole extrait d'un gisement, il est traité avec des produits chimiques et à la chaleur pour en extraire l'eau et les solides. Le gaz naturel est séparé. Le pétrole est ensuite stocké dans un réservoir, ou une batterie de réservoirs, puis par la suite transporté vers les raffineries par route, rail, péniche ou oléoduc. Les grands champs pétroliers ont tous des accès directs aux principaux oléoducs.

1°) Distillation de Base :

L'unité de base du raffinage est l'unité de distillation. Aux États-Unis, après la guerre de Sécession, plus de cent raffineries étaient déjà en fonctionnement. Le pétrole brut commence à se vaporiser à une température un peu inférieure à celle de l'ébullition de l'eau. Les hydrocarbures ayant le poids moléculaire le plus bas se vaporisent aux températures les plus basses, alors que des températures plus élevées sont nécessaires pour distiller les molécules plus importantes. La première composante à se distiller est la fraction d'essence, suivie par le naphte et le kérosène. Les lubrifiants et les mazouts étaient obtenus à partir des couches supérieures et les paraffines et l'asphalte à partir des couches inférieures de l'appareil de distillation. À la fin du XIXe siècle, les fractions d'essence et de naphte furent considérées comme une nuisance car elles ne répondaient pas à un besoin important, et la demande de kérosène commença également à décroître du fait de la production de plus en plus importante d'électricité et de l'utilisation de lampes électriques. Toutefois, l'apparition de l'automobile créa brutalement des besoins et il fallu rapidement trouver
les sources d'approvisionnement en conséquence.

Schéma de principe du raffinage du pétrole brut

 

2°) Craquage thermique :

Le procédé de craquage thermique fut développé en vue d'accroître le rendement de la distillation. Avec ce procédé, les portions les plus lourdes du pétrole brut étaient chauffées sous pression et à des températures plus élevées. Cela entraîna le fractionnement des grosses molécules d'hydrocarbures en molécules plus petites et le rendement en essence à partir d'un baril de pétrole brut en fut accrût. L'efficacité de ce procédé était toutefois limitée car, aux températures et pressions élevées qui étaient utilisées, une grande quantité de coke se déposait dans les réacteurs. Cela rendait alors nécessaire des températures et des pressions encore plus élevées pour craquer le pétrole brut. Un procédé de cokéfaction fut alors inventé, dans lequel les fluides étaient soumis à une recirculation; ce procédé fonctionnait bien plus longtemps, avec
une bien moindre formation de coke. Plusieurs raffineurs adoptèrent rapidement le procédé de craquage thermique.

3°) Craquage catalytique :

Deux procédés supplémentaires, l'alkylation et le craquage catalytique, furent introduits dans les années 1930; ils permirent d'accroître encore le rendement en essence à partir d'un baril de pétrole brut. Avec l'alkylation, les petites molécules produites par craquage thermique sont recombinées en présence d'un catalyseur. Cela produit des molécules ramifiées dans le domaine d'ébullition de l'essence qui présentent des caractéristiques supérieures (par exemple, des caractéristiques
anti-détonantes) pour un carburant destiné à des moteurs à haut rendement tels que ceux utilisés aujourd'hui dans les avions de ligne.
Dans le procédé catalytique, le pétrole brut est craqué en présence d'un catalyseur finement divisé. Cela permet au raffineur de produire plusieurs types d'hydrocarbures qui peuvent ensuite être recombinés par alkylation, isomérisation et reformation catalytique pour produire des carburants pour moteurs
antidétonation et des produits chimiques particuliers. La production de ces produits chimiques a donné naissance à une gigantesque industrie pétrochimique, qui fabrique des alcools, des détergents, du caoutchouc synthétique, des glycérines, des engrais, du soufre, des solvants ainsi que les substrats destinés à la fabrication de médicaments, du nylon, des plastiques, des peintures, des polyesters, des additifs alimentaires, des explosifs, des teintures et des matériaux isolants.

CHAINE DE RAFFINAGE

 


III°) La pétrochimie

La pétrochimie est la science qui s'intéresse à l'utilisation des  composés chimiques de base issus du pétrole  pour fabriquer d'autres composés synthétiques qui peuvent exister ou non dans la nature ; dans le dernier cas, ces composés sont dits artificiels. Ces fabrications sont, en général, basées sur des réactions chimiques.
 Par exemple,  la coupe naphta issue de la distillation atmosphérique, peut servir de charge à une unité de vapocraquage (ou craquage à la vapeur). Ce naphta peut être
craqué dans un vapocraqueur, et donne des produits  susceptibles d'être transformés en matières plastiques et d'autres produits cosmétiques et pharmaceutiques. C'est ainsi qu'à partir du pétrole on peut fabriquer des matières plastiques de toutes sortes employées ensuite comme matières premières dans les secteurs de la construction et dans l'industrie électrique, électronique, le textile, l'aéronautique et autres.

1°) Vapocraquage

 Un
vapocraqueur est une unité de pétrochimie servant à fabriquer de l'éthylène et du propylène deux produits indispensables dans la fabrication du polyéthylène et du polypropylène, deux matières plastiques
 Le gaz naturel peut également fournir des matières premières, du
méthane, de l'éthane pour la pétrochimie. Nous allons voir les différents
schémas de transformations de ces produits en d'autres composés organiques dont les termes ultimes de transformations sont :


-des matières plastiques
-des solvants
-des résines,
-des fibres synthétiques,
-des détergents,
-des plastifiants,
-des élastomères,
-des adhésifs,
-du polyester,
-du Nylon,
-des médicaments,
-des cosmétiques.
-des engrais

La pétrochimie est basée principalement sur deux types de procédés :
-le craquage à la vapeur,
-les procédés d'extraction.

Avec le premier type de procédés, on obtient des
oléfines tandis qu'avec le deuxième type, on extrait des aromatiques. Les oléfines et les aromatiques sont des matières premières qu'on appelle des grands intermédiaires servant dans l'industrie des plastiques, pharmaceutique, cosmétique, électronique, aéronautique et du textile.


2°) Dérivés des oléfines

A la sortie du vapocraqueur, on obtient surtout des oléfines tels que l'éthylène, le propylène, le butadiène, l'iso-butène, le normal-butène et l'isoprène. Ce sont des produits intermédiaires qui, par des traitements appropriés, chloration, oxydation, polymérisation, donnent naissance à toute une gamme de produits nouveaux. Les schémas ci-après montrent toutes les possibilités de fabrications à partir de ces grands intermédiaires :

Ci-dessous, les dérivés de l'éthylène :


 

Le schéma suivant donne les transformations du propylène :


 

Enfin, les transformations de l'isobutène, du normal butène et de l'isoprène sont indiquées dans le schéma ci-après : 

 

3°) Procédés d'extraction

 Les aromatiques, produits au cours des réactions de vapocraquage sont, après hydrotraitement, extraits de l'essence qui les contient. En général, on fait appel pour l'extraction, à un solvant, le diméthylsulfoxyde (DMSO) additionné d'un certain pourcentage d'eau. La réextraction des aromatiques de leur association avec ce solvant est ensuite obtenue par le butane, qui est non aromatique comme les autres constituants de la charge du vapocraqueur, mais qui, contrairement à ces derniers, se sépare aisément des aromatiques par distillation.
Extraction et réextraction des aromatiques sont conduites dans des colonnes pleines de liquide, appelées
extracteurs, munies d'un arbre rotatif portant des turbines d'agitation. C'est ainsi qu'on isole le benzène, le toluène et les xylènes.

4°) Dérivés des aromatiques

 Tous les aromatiques, une fois extraits et purifiés, servent de matières premières pour d'autres réactions d'hydrogénation ou d'oxydation afin de conduire à des plastifiants, des solvants, des fibres, des insecticides et bien d'autres produits. On peut voir ci-après les différents schémas de transformations du benzène, du cumène, du toluène et des xylènes .

Les transformations du benzène peuvent conduire à des produits selon le schéma ci-dessous :

 

Quant au cumène, celui-ci peut conduire à des produits suivants :

Pour terminer, le toluène, l'ortho-xylène et le paraxylène peuvent générer les produits ci-après :

 

 

 








 
 



  















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