les petroles

5- LES PETROLES

5-1 – Présentation des pétroles

Les pétroles sont un mélange d’hydrocarbures. Le pétrole brut est un fluide dont la couleur varie selon les provenances du pétrole, elle va du jaune pâle au noir ; il est parfois visqueux d’une odeur sulfureuse ou éthérée. Sa densité est comprise entre 0,83 et 1 ; a une masse volumique inférieure à celle de l’eau et des roches sédimentaires ce qui explique leurs ascensions à la surface du sol, on observe alors des suintements de bitume .Cette caractéristique est à l’origine du nom pétrole du latin : Petrae oléum qui signifie « huile de pierre »,il est aussi appelé « or noir » ;on le connaît depuis des siècles .ce fut en 1859 que le colonel DRAKE fera le premier puit de pétrole a TITUSVILLE .Cette ressource des sous sols est extraite et transformée pour être utilisée par l’Homme.

5-2 – Composition des pétroles.

Les pétroles se composent principalement d’hydrocarbures dont les alcanes, les cyclanes, les composés aromatiques mais ils contiennent aussi des composés soufrés à quelques composés oxygènes et azotes. Les composés soufrés source de corrosion et de pollution ; ils sont donc éliminés (désulfurisation des pétroles) avant d’être utilisés.

5-3- Extraction et transport des pétroles

5-3-1- extraction des pétroles.

Les sites pétrolifères sont tout d’abord repéré par les géologues on reconstituent l’histoire du sous-sol. Ensuite par des études gravimétriques magnétiques et surtout sismiques localisent le gisement ; après confirmation de son importance, à l’aide de forages tests, son exploitation peut enfin commencer.

5-3-2- transport des pétroles.

Les pétroles sont acheminés depuis les lieux d’extraction jusqu’aux raffineries soit directement par de gros tuyaux appelés pipelines ou oléoducs, puis des navires pétroliers.

5-4- le traitement des pétroles

Le pétrole, qui est un mélange de différents produits hydrocarbonés, pour être utilisable dans les différentes branches de l’industrie, des moteurs a combustion et pour divers besoins des humains, doit subir une serie de traitements divers. C’est le but du raffinage.

5-4-1-le raffinage du pétrole

Le raffinage du pétrole désigne l’ensemble des traitements et transformations visant a tirer du pétrole le maximum de produits a haute valeur commerciale. Selon l’objectif visé, en générale, ces procèdes sont réunis dans les raffineries .La raffinerie est l’endroit ou l’on traite le pétrole pour extraire les fractions commercialisables. Très souvent, la qualité d’un brut dépend largement de son origine .Selon son origine, sa couleur, sa viscosité, sa teneur en soufre, son point d’écoulement, sa teneur en minéraux varient. Aussi, la structure de chaque raffinerie doit tenir compte de tous ces facteurs. La raffinerie comprend trois types d’opérations qui s’effectuent généralement en continu et mettent en œuvre :

- des procédés physiques de séparation des constituants du pétrole par distillation

- des procédés chimiques de conversion destinés à transformer la nature ou la structure des molécules par craquage (catalytique ou à la vapeur) et le reformage catalytique ;

- des procédés physico-chimiques (hydrogénation sous pression, passage aux tamis moléculaires……) permet tant d’élimer les impuretés restantes (soufre et dérivés)

LE RAFFINAGE DES PETROLES

5-4-1-1- la distillation simple du pétrole

La distillation simple du pétrole consiste à faire émettre par le pétrole brut des vapeurs dont la composition est différente de celle du pétrole initial lorsqu’on élève sa température ; les vapeurs obtenues sont plus riches en constituants les plus volatils, puis l’on condense ses vapeurs grâce à un réfrigérant, on obtient donc un liquide plus riche que le mélange initial en constituant les plus volatils. A l’inverse, le mélange qui est resté dans le ballon s’est enrichi en constituant les moins volatils.

5-4-1-2- la distillation fractionnée : colonne à plateau

La distillation fractionnée consiste à répéter la distillation simple un grand nombre de fois, de manière a obtenir des liquides formés de corps purs dont les températures d’ébullition sont voisines.

Ces opérations s’effectuant des grandes tours verticales appelées « colonnes à plateaux ». Ces tours comportent un grand nombre d’usage, ces plateaux au niveau desquels s’effectuent les différentes distillations. Les tours peuvent avoir une section de 8 à 10 m de diamètre, atteindre une hauteur de 60 m et traiter jusqu’à 30.000 tonnes de pétroles/ jour.

5-4-1-3- La distillation du pétrole brut.

Le pétrole brut est chauffé vers 380°c dans un four, est partiellement vaporisé et est introduit à la base de la tour ; les diverses vapeurs émises au bas de celle-ci se condensent en s’élevant, puisque la température décroît au fur et à mesure que

l’on monte dans la colonne. Il est ainsi possible de recueillir, à différents niveaux

de la colonne des liquides correspondent à un mélange de corps dont les températures sont voisines. Le résidu atmosphérique (liquide non vaporisable à 380°c, sous pression de 1 atm) est généralement retraité dans une seconde colonne ou il sera de nouveau distillé sous pression réduite (=0.07bar).Au sommet de la colonne l’on récupère les gaz et ces essences que l’on sépare ensuite par distillation sous pression élevée. Les pétroles bruts ont des compositions différentes selon leur origine, leur distillation donne une grande diversité de produit ne correspondant toujours pas en qualité ou en quantité, aux besoins du marché. Ainsi les essences de distillation ayant un indice d’octane variant de 50 à 40 ne sont pas directement utilisables comme carburants. Il faut donc modifier la structure de certaines de leurs molécules pour obtenir des essences au pouvoir anti-détonnant plus élevé c’est le rôle du reformage catalytique.

5-4-1-4-Le reformage catalytique

Le reformage catalytique consiste à modifier la structure des hydrocarbures, des essences légères pour améliorer leur indice d’octane, trois réactions peuvent être utilisées :

· L’isomérisation

L’isomérisation permet de transformer des alcanes linéaires en alcanes isomérée et ramifiés dans le but d’augmenter leurs indices d’octane. La charge d’une unité d’isomérisation est le naphta léger (c₅-c₆).Le compose obtenu est désigné sous le nom d’isomerat dans le jargon pétrolier, et qui entre dans la composition des essences.

· La cyclisation

La cyclisation fournit, par déshydrogénation des cyclanes à partir des alcanes linéaire ayant le même nombre d’atome de carbone.

· La déshydrocyclisation

La déshydrocyclisation consiste à transformer les alcanes linéaires en composés aromatiques à déshydrogénation et formation de cycles

NB : ces réactions s’effectuent à une température de l’ordre de 500 °C sous pression comprise entre 15 et 30 bars et en présence d’un catalyseur comme de la platine déposée sur l’alumine (Al₂O₃). On obtient la reformation à la fin du reformage catalytique.

5-4-1-5 : LE CRAQUAGE

Le craquage est une opération chimique qui consiste à transformer les pétroles riche en gazole, en fioul et en produits légers , à briser les molécules contenus dans ces pétroles de sorte à obtenir des hydrocarbures gazeux et des essences constituants les matières premières de l’industrie pétrochimique. Il existe 2 types de craquage :

· le craquage catalytique

C’est un traitement qui consiste à casser les molécules des produits pétroliers lourds à chaîne longue et à les reconstituer en molécule de produit plus léger à chaîne courte donc plus volatile. Cette réaction à lieu vers 450-500 °C sous pression voisine de la pression atmosphérique et en présence d’un catalyseur à la zéolithe dans les tours de craquage dans les tours de craquage.

· Le craquage à la vapeur ou vapocraquage :

C’est un craquage thermique se faisant sans catalyseur mais en présence de vapeur d’eau, elle s’effectue dans les tubes de faibles diamètres (8 à 12 cm) et de grandes longueurs (allant jusqu’à 200m). La température y est voisine à 800°C et la pression de l’ordre de 1 bar. La vapeur d’eau contribue au chauffage du mélange et assure particulièrement l’élimination du carbone qui se dépose et s’oxydant suivant la réaction (C+H2O---CO+H2). Le vapocraquage conduit à un mélange de produit que des distillations fractionnées permettant ensuite de séparer.

La capacité de production d’un vapocraqueur atteint environ les 450.000 tonnes/ jour.

5-5) LES PRODUITS DERIVES DES PETROLES

Obtention des produits de bases de la chimie organique

La chimie organique étant avant tout la chimie des dérivées du pétrole. Ainsi suivant les étapes de traitement des pétroles on obtient :

- par distillation fractionnée :,du propanes, du butane et des matières premières de la chimie organique.

- par reformage catalytique des dérivée aromatique (benzène, toluène, xylène…)

- par craquage catalytique, des hydrocarbures gazeurs constituants la matière première de produit synthèse comme les matières plastiques, les engrais, les colorants. de plus on obtient aussi les alcanes légers comme les essences a fort indice d’octane, des gaz (méthane, éthane, propane et butane) des alcènes..

- par vapocraquage de l’éthylène, du propène, du butadiène, du benzène et du toluène.

- Le traitement des pétroles permettent d’obtenir des carburants,des carburateurs,des engrais,des colorants,du gazole,du fioul,des fuels,des insecticides,des tissus synthétiques.

CONCLUSION

Les pétroles étant des mélanges complexes, il faut dans premier temps les fractionner, afin de séparer leur principaux constituants.

Les opérations ultérieures dépendent de la finalité des produits considérés.

Les pétroles et les gaz naturels sont des nécessités convenant le mieux aux multiples besoins de notre civilisation.