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Le raffinage du pétrole en 3 grandes étapes

Question/RéponseClassé sous :énergie , raffinage du pétrole , craquage du pétrole

L'objectif du raffinage est de transformer le pétrole brut en produits commercialisables tels que l'essence, le diesel ou les plastiques.

Une fois extrait du sous-sol, le pétrole doit être raffiné avant que ses dérivés ne puissent être mis sur le marché. © Gerard Stolk, Flickr, CC by-nc 2.0

La composition du pétrole brut

Le pétrole brut se compose à 85 % de carbone et à 10 % d'hydrogène. Pour le reste, il contient diverses impuretés (sédiments, eau, sel, soufre et azote) qu'il conviendra d'éliminer au cours du raffinage pour éviter tout problème de corrosion ou d'encrassement et pour répondre aux contraintes réglementaires.

Le pétrole brut contient, en proportions variables, quatre types d'hydrocarbures qui influencent la qualité des produits finaux :

  • les paraffines, des chaînes de carbone et d'hydrogène linéaires,
  • les isoparaffines, des chaînes de carbone et d'hydrogène non-linéaires,
  • les naphtènes, des hydrocarbures cycliques
  • et les aromatiques, des hydrocarbures cycliques qui présentent des liaisons carbone doubles.

La distillation du pétrole brut

L'unité de distillation fonctionne à une température d'environ 360 °C et à une pression de quelque 2 bars. Elle permet de séparer le pétrole brut en différentes coupes qui constitueront les bases des produits finaux.

Plus le nombre d'atomes de carbone et la température d'ébullition sont faibles, plus les composés se trouvent en haut de la colonne de distillation. De haut en bas, on trouve donc :

  • des gaz avec un nombre d'atomes de carbone compris entre 1 et 4, comme le méthane,
  • le naphta, un liquide présentant 5 ou 6 atomes de carbone et qui sera utilisé pour la fabrication des plastiques,
  • l'essence qui contient entre 7 et 11 atomes de carbone,
  • le kérosène qui présente jusqu'à 13 atomes de carbone
  • et le diesel, qui compte jusqu'à 25 atomes de carbone.

Les résidus sont traités sous vide dans une seconde colonne de distillation pour produire des huiles de lubrification industrielles, des paraffines, du fioul lourd et du bitume.

Le craquage des hydrocarbures lourds

Après la distillation, la proportion d'hydrocarbures lourds reste généralement importante eu égard à la demande commerciale en produits plus légers. Les molécules lourdes sont donc cassées en plusieurs molécules plus légères. C'est ce que l'on nomme l'opération de craquage. Elle a généralement lieu à environ 500 °C et en présence d'un catalyseur. Cette opération est relativement énergivore.

Des produits qui demandent à être améliorés

De manière générale, les produits issus de ces deux premières étapes devront subir des traitements supplémentaires avant de pouvoir être commercialisés.

La coupe essence, par exemple, doit passer par une étape de réduction de sa teneur en soufre, celle-ci devant être nulle pour répondre aux contraintes européennes. L'opération a lieu dans un réacteur à des températures avoisinant les 400 °C et à une pression comprise entre 40 et 80 bars. Dans ces conditions, de l'hydrogène injecté dans le mélange réagit avec les atomes de soufre pour former du sulfure d'hydrogène qui peut ensuite être éliminé. Il est aussi nécessaire d'augmenter l'indice d’octane de cette coupe essence. Pour ce faire, le produit est injecté dans une unité de reformage. À une température de 500 °C et une pression de 20 bars, les paraffines et les naphtènes se transforment alors en aromatiques dont l'indice d'octane est plus élevé.

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