Fractions pétrolières et leurs composants

Le pétrole brut contient de nombreux composés d’hydrocarbures de tailles moléculaires, de structures, de points d’ébullition et de caractéristiques chimiques différents. Le raffinage sépare ces composés en groupes appelés fractions pétrolières pour un traitement et des applications ultérieurs.

Les fractions pétrolières sont constituées d’hydrocarbures qui partagent des plages d’ébullition globalement similaires plutôt que des structures chimiques identiques. Leur composition varie considérablement car les pétroles bruts diffèrent selon leur source géologique et leur histoire de formation.

Le composition du pétrole brut influence la quantité et la qualité des fractions récupérées lors de la distillation. Les différences dans les paraffines, les naphtènes, les aromatiques, les hétéroatomes et les métaux affectent les exigences de traitement en aval.

Les raffineries séparent d’abord physiquement le pétrole brut par distillation atmosphérique et sous vide avant d’appliquer des processus de conversion chimique. Ces opérations transforment des matières premières brutes complexes en carburants, matériaux pétrochimiques, flux lubrifiants et produits plus lourds.

Comprendre les fractions pétrolières permet de mieux comprendre comment le pétrole brut se transforme en essence, kérosène, carburant aviation, diesel, gazole, matériaux lubrifiants, GPL, matières premières pétrochimiques et coke de pétrole.

Gaz et composants naphta

Les gaz de pétrole constituent les produits de raffinage les plus légers et contiennent principalement du méthane, ainsi que de plus petites quantités d’éthane, de propane, de butane et d’isobutane. Leurs proportions dépendent fortement des caractéristiques du pétrole brut.

Le nature des combustibles gazeux aide à expliquer l’importance des gaz de pétrole légers dans la production d’énergie. Ces gaz peuvent servir de carburant de raffinerie, de carburant domestique ou de matières premières pétrochimiques.

Les gaz de pétrole peuvent également contenir des composés indésirables tels que l’hydrogène, le dioxyde de carbone, le sulfure d’hydrogène et le sulfure de carbonyle. Les raffineurs éliminent ces matériaux car ils peuvent créer de la corrosion et des difficultés de traitement.

Le naphta occupe une plage d’ébullition relativement basse et contient principalement des hydrocarbures saturés, ainsi que de plus petites quantités de composés aromatiques. Le naphta non traité doit souvent être valorisé avant que les raffineurs ne l’utilisent directement pour la production d’essence.

Le naphta brut subit généralement un reformage, une isomérisation, un mélange et un traitement additif avant d’entrer dans les formulations d’essence commerciales. Ces opérations améliorent les caractéristiques du carburant et augmentent la valeur du flux pétrolier résultant.

Les paraffines constituent d’importants composants saturés du naphta, tandis que les cycloalcanes et les composés aromatiques y contribuent également de manière significative. Les proportions varient selon la source et la nature du pétrole brut traité.

Les cycloalcanes à cinq et six chaînons, communément appelés naphtènes, se trouvent dans le naphta. Les cyclopentanes et les cyclohexanes substitués apparaissent généralement aux côtés des composés paraffiniques dans cette fraction pétrolière à point d’ébullition relativement bas.

Les composants aromatiques courants comprennent le benzène et les dérivés alkylés du benzène. Les composés contenant de la cycloparaffine fusionnée et des cycles aromatiques, notamment la tétraline et le naphtalène, peuvent également se produire dans des plages d’ébullition appropriées.

Fractions de pétrole distillé moyen

Les distillats moyens occupent des plages d’ébullition intermédiaires entre le naphta plus léger et les flux de résidus plus lourds. Ils fournissent d’importantes matières premières aux raffineries pour la production de kérosène, de carburéacteur, de carburant diesel et de produits connexes.

Le différentes applications de carburants à base d’hydrocarbures démontrer pourquoi les distillats moyens restent commercialement importants. Leurs propriétés physiques les rendent adaptés aux transports, au chauffage, à l’aviation et à plusieurs besoins énergétiques industriels.

Le pétrole distillé moyen contient de nombreux composés saturés, mais comprend également des quantités mesurables de naphtènes et d’hydrocarbures aromatiques. Ces matériaux aromatiques peuvent se présenter sous forme de structures à un seul cycle ou de composés fusionnés à plusieurs cycles.

Les paraffines normales dans cette plage d’ébullition s’étendent généralement d’environ C11 à C20. Les mono- et dicycloparaffines contenant des cycles à cinq ou six chaînons représentent des structures naphtènes importantes dans la fraction.

Les naphtalènes méthylés représentent des composants aromatiques importants des distillats moyens.D’autres composés aromatiques à un ou deux cycles sont présents en plus petites quantités, leurs proportions dépendant de la matière première brute particulière.

Le kérosène et le gazole léger sont des produits importants séparés lors de la distillation atmosphérique. Ces flux apparaissent normalement vers l’extrémité la plus lourde de la colonne atmosphérique avant que le traitement en raffinerie ne passe au traitement des résidus.

Le gazole sous vide appartient également à l’importante famille des flux intermédiaires de raffinage. Sa composition reflète le pétrole brut d’origine et contient des proportions variables de saturés, de naphtènes, d’aromatiques et de paraffines plus lourdes.

Le gazole sous vide peut servir de matière première pour le fioul de chauffage et le diesel, mais les raffineurs le dirigent fréquemment vers le craquage catalytique. La conversion peut produire des flux plus légers, notamment du naphta adapté au mélange d’essence.

Le origine du pétrole brut et de ses matières premières influence sa répartition en hydrocarbures. Par conséquent, deux pétroles bruts traités dans des conditions similaires peuvent produire des compositions de distillat moyen sensiblement différentes.

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Fractions de pétrole lourd expliquées

Les fractions de pétrole lourd représentent certaines des matières les plus complexes séparées lors du raffinage du pétrole brut. Ils contiennent des hydrocarbures de poids moléculaire élevé ainsi que des quantités substantielles d’hétéroatomes et de métaux traces.

Les fractions lourdes peuvent contenir des molécules dont les poids moléculaires atteignent plusieurs milliers. Leur complexité structurelle rend difficile l’identification de composés individuels car de nombreuses molécules contiennent plusieurs cycles et groupes fonctionnels substitués.

Les résidus sous vide contiennent des quantités importantes de soufre, d’azote, d’oxygène, de nickel, de vanadium et d’autres composés. Ces constituants peuvent affecter les opérations de raffinage, l’activité du catalyseur, la qualité du produit et les processus de conversion ultérieurs.

Le gestion des ressources environnementales limitées fournit un contexte utile pour le traitement du pétrole. Le pétrole brut reste une ressource limitée, ce qui rend son utilisation efficace et son traitement responsable de plus en plus importants.

Les résidus lourds nécessitent souvent un craquage thermique, une cokéfaction ou un hydrocraquage car leurs molécules complexes ne produisent pas facilement des produits plus légers de valeur par la seule séparation physique.

Le traitement catalytique direct des fractions lourdes non traitées peut créer de sérieuses difficultés car les métaux et les composés contenant des hétéroatomes peuvent désactiver les catalyseurs. Le prétraitement devient donc important avant les opérations de conversion catalytique sélectionnées.

Le conservation des ressources non renouvelables soutient l’utilisation efficace du pétrole, car le pétrole brut nécessite des délais géologiques pour se former et ne peut pas se reconstituer naturellement au rythme de la consommation humaine.

Les fractions pétrolières lourdes restent commercialement utiles malgré les difficultés de leur traitement. Des technologies de conversion appropriées peuvent récupérer des produits plus légers, des composants de carburant, des matières premières pétrochimiques, du coke et d’autres matériaux de ces flux difficiles.

Raffinage physique des fractions pétrolières

Le raffinage physique sépare les composants du pétrole brut en fonction de leurs propriétés physiques, notamment des points d’ébullition. Les flux qui en résultent sont ensuite dirigés vers le mélange, le traitement, le stockage, la fabrication de carburant, la production pétrochimique ou une conversion ultérieure.

1. Dessalage et déshydratation : Les raffineurs éliminent l’eau et les sels du pétrole brut avant les grandes opérations de distillation. Ces impuretés peuvent favoriser la corrosion, l’encrassement, le tartre et d’autres problèmes à l’intérieur des équipements de raffinerie.

2. Distillation atmosphérique : Le brut chauffé entre dans une colonne atmosphérique où les vapeurs et les liquides se séparent selon la plage d’ébullition. Le processus produit des gaz, du naphta, du kérosène, du gazole et des résidus atmosphériques.

3. Distillation sous vide : Les résidus atmosphériques peuvent pénétrer dans une colonne à vide où une pression réduite permet une séparation plus poussée à des températures d’ébullition efficaces plus basses. Ce processus réduit la dégradation thermique sévère des flux lourds de valeur.

4. Collecte de fractions : Les colonnes de raffinerie collectent les flux de différentes sections en fonction de leurs caractéristiques d’ébullition.Chaque fraction fait ensuite l’objet d’un traitement supplémentaire en fonction de sa composition, de sa qualité, de son utilisation prévue et de sa valeur marchande.

Le principes de minimisation des déchets peut également soutenir des opérations de raffinage efficaces. Réduire les pertes inutiles de matières pétrolières permet de conserver les matières premières tout en limitant la production de déchets et les pressions environnementales.

La séparation physique ne modifie pas fondamentalement la plupart des molécules d’hydrocarbures. Au lieu de cela, il organise le mélange brut en flux que les processus chimiques ultérieurs peuvent traiter de manière plus efficace et économique.

Conversion chimique des fractions pétrolières

Le raffinage chimique modifie les molécules d’hydrocarbures plutôt que de simplement les séparer. Les raffineries utilisent des processus de conversion pour augmenter l’offre de produits de valeur, améliorer la qualité du carburant et réduire les impuretés indésirables.

1. Mise à niveau de la valeur : Les raffineurs convertissent les matières lourdes de moindre valeur en produits plus légers tels que le naphta et le GPL. Ces flux peuvent répondre aux besoins de la production d’essence, des marchés des carburants et de la fabrication pétrochimique.

2. Amélioration du carburant : Les processus de conversion améliorent des caractéristiques telles que la qualité de l’octane. Le naphta à indice d’octane inférieur peut subir un reformage pour produire un reformat à indice d’octane plus élevé adapté au mélange d’essence et à la récupération des aromatiques.

3. Réduction des impuretés : Les processus de raffinage réduisent le soufre, l’azote, les métaux et autres composés indésirables. Des concentrations de contaminants plus faibles protègent les catalyseurs, soutiennent des produits plus propres et améliorent les performances globales de la raffinerie.

4. Équilibrage du produit : La conversion chimique permet aux raffineries d’ajuster leur production en fonction de la demande du marché. Des flux lourds et intermédiaires appropriés peuvent devenir des produits plus légers lorsque la demande d’essence et de GPL augmente.

Le traitement et élimination appropriés des déchets de raffinerie fait également partie d’une transformation responsable du pétrole. De bonnes pratiques en matière de déchets aident à empêcher les contaminants de pénétrer dans le sol, l’eau et d’autres compartiments environnementaux.

L’hydrotraitement accompagne fréquemment la conversion chimique car certains flux pétroliers contiennent du soufre, de l’azote, des métaux et des composés insaturés instables. Le traitement à base d’hydrogène peut améliorer la qualité du produit avant le mélange ou la distribution finale.

Craquage thermique et cokéfaction

Le craquage thermique utilise des températures élevées pour briser les grosses molécules d’hydrocarbures en molécules plus petites. Contrairement au craquage catalytique, la principale voie de réaction implique les radicaux libres générés par le clivage des liaisons thermiques.

1. Initiation radicale : Le chauffage fournit suffisamment d’énergie pour que les liaisons carbone-carbone se rompent de manière homolytique, créant deux fragments de radicaux libres. La position de clivage de la liaison influence les réactions qui s’ensuivent lors de la fissuration.

2. Propagation en chaîne : Les radicaux nouvellement générés subissent une scission bêta et une extraction d’hydrogène. Ces réactions brisent à plusieurs reprises les chaînes d’hydrocarbures et génèrent des molécules plus petites, notamment des oléfines et d’autres produits plus légers.

3. Résiliation radicale : Les radicaux libres finissent par se combiner ou participer à des réactions de transfert d’hydrogène qui terminent les chaînes de réaction individuelles. Les conditions opératoires déterminent les proportions relatives des produits résultants.

4. Formation du produit : Le craquage thermique peut produire des gaz, du naphta, des distillats moyens, des oléfines et du coke. La distribution du produit dépend de la composition de la charge, de la température, de la pression, du temps de séjour et de la gravité des fissures.

La cokéfaction retardée et la cokéfaction fluide représentent d’importants procédés commerciaux de conversion thermique. Ils permettent aux raffineries de traiter des résidus lourds et difficiles et de récupérer des matériaux plus légers à partir de matières premières de faible valeur.

La cokéfaction est particulièrement utile pour les résidus contenant une quantité importante d’asphaltènes et de métaux, car ces matériaux peuvent désactiver les catalyseurs dans les opérations de craquage catalytique classiques.

La cokéfaction produit des gaz d’hydrocarbures, du naphta de craquage, des distillats moyens et du coke de pétrole. Les produits gazeux et liquides peuvent contenir une insaturation importante, ce qui rend l’hydrotraitement utile pour améliorer la stabilité et éliminer le soufre.

Processus de cokéfaction retardé

Une unité de cokéfaction retardée utilise un réchauffeur à court temps de contact connecté à de grands fûts de coke. La charge chauffée entre dans un tambour où les réactions thermiques se poursuivent et où le coke solide s’accumule progressivement à l’intérieur.

Lorsque le coke atteint un niveau prédéterminé, les opérateurs détournent l’alimentation vers un autre tambour. Les vapeurs du tambour actif entrent dans un fractionneur pour être séparées en gaz, naphta, kérosène et gazole.

Figure – Unité de cokéfaction retardée (Speight 2006)

L’importance environnementale du traitement du pétrole devient plus claire si l’on considère pollution pétrolière dans l’environnement. Les déversements et les rejets peuvent transporter des composés pétroliers à travers le sol, l’eau, les sédiments et les systèmes biologiques.

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Craquage catalytique de fractions pétrolières

Le craquage catalytique convertit les matières premières pétrolières lourdes et de moindre valeur en produits plus légers et plus précieux. Le processus peut produire de l’essence avec de meilleures caractéristiques d’octane que de nombreux produits obtenus par simple craquage thermique.

Le craquage catalytique favorise l’isomérisation, qui crée des structures d’hydrocarbures ramifiées. Ces molécules ramifiées contribuent à améliorer la qualité de l’indice d’octane de l’essence et rendent la conversion catalytique commercialement intéressante.

Les catalyseurs de craquage courants comprennent les argiles traitées à l’acide, la silice-alumine amorphe et les zéolites. Les systèmes catalytiques modernes utilisent couramment des catalyseurs contenant des zéolites car leurs structures offrent une activité et une sélectivité utiles lors de la conversion.

Le mécanisme de réaction diffère du craquage thermique car le craquage catalytique se déroule principalement par le biais d’intermédiaires carbocationiques plutôt que d’intermédiaires radicalaires.

Les sites acides sur les catalyseurs de craquage favorisent la formation et le réarrangement des carbocations. Ces intermédiaires peuvent subir des déplacements méthyle, une scission bêta et d’autres réactions qui produisent des hydrocarbures plus légers et des isomères ramifiés.

Le processus de traitement des eaux usées industrielles reste important dans les raffineries car les installations pétrolières génèrent des eaux usées contenant de l’huile, de la graisse, des matières en suspension, des substances dissoutes et d’autres contaminants.

Les unités de craquage catalytique fluide contiennent un réacteur et un régénérateur. L’alimentation en hydrocarbures entre en contact avec le catalyseur fluidisé à l’intérieur du réacteur, tandis que le régénérateur élimine le coke déposé et rétablit l’activité du catalyseur.

L’air chaud favorise la régénération en réagissant avec le coke déposé et en le transformant en grande partie en dioxyde de carbone. Le catalyseur régénéré retourne ensuite au réacteur pour poursuivre la conversion des hydrocarbures.

Le sources et types de pollution de l’eau sont pertinents pour la gestion environnementale des raffineries, car les rejets accidentels et les rejets industriels peuvent introduire des contaminants liés au pétrole dans les milieux aquatiques.

Le effets majeurs de la pollution de l’eau démontrer également pourquoi les installations pétrolières ont besoin de systèmes efficaces de confinement, de traitement des eaux usées, de prévention des déversements et de surveillance tout au long des opérations de raffinage et de stockage.

Le bon contrôle de la pollution de l’eau oblige les industries à limiter les rejets de polluants, à gérer efficacement les eaux usées, à entretenir leurs équipements et à réagir rapidement en cas de contamination accidentelle par le pétrole.

La protection de l’environnement des raffineries dépend également d’une mesures de réduction et de contrôle de la pollution qui réduisent les rejets nocifs des unités de traitement, des installations de stockage, des systèmes de transport et des flux de déchets associés.

Le stratégies pour réduire la pollution de l’eau peut compléter les programmes de traitement des eaux usées des raffineries en mettant l’accent sur le traitement, la prévention, la surveillance, les pratiques de rejet responsables et les contrôles réglementaires appropriés.

La contamination par le pétrole peut également affecter les organismes aquatiques, ce qui rend les effets de la pollution sur les organismes aquatiques une considération environnementale importante pour les régions productrices et de raffinage du pétrole.

Les conséquences économiques de la pollution renforcent encore le besoin de prévention.Des études de pertes économiques résultant de la pollution montrer pourquoi les dommages environnementaux peuvent imposer des coûts supérieurs aux dépenses de nettoyage initiales.

Les raffineries peuvent améliorer leur efficacité en adoptant pratiques de réduction des déchets qui évitent les pertes de matériaux inutiles, réduisent les déversements, améliorent l’entretien ménager et optimisent les procédures de production.

Le importance de la réduction des déchets Cela va au-delà des économies d’élimination, car la minimisation des déchets peut conserver les matières premières, réduire les charges environnementales et améliorer l’efficacité opérationnelle des systèmes industriels.

Une bonne gestion des raffineries bénéficie également de approches de gestion environnementale pour réduire les déchets, en particulier lorsque les opérateurs peuvent éviter les pertes avant que les matériaux ne soient contaminés ou ne nécessitent leur élimination.

Le raffinage du pétrole reste étroitement lié à l’utilisation des ressources fossiles. Le conséquences environnementales de la combustion de combustibles fossiles démontrer pourquoi la production et la consommation de carburant doivent rester des sujets de planification et de gestion environnementale.

Outre les impacts de la combustion, l’extraction et la transformation du pétrole peuvent affecter les écosystèmes. Des opérations responsables nécessitent donc la prévention de la pollution, l’efficacité des ressources, la surveillance environnementale, les interventions d’urgence et la gestion appropriée des déchets tout au long de la chaîne de valeur pétrolière.

En conclusion, les fractions pétrolières fournissent les flux essentiels par lesquels le pétrole brut devient des produits commerciaux utiles. Les gaz et le naphta, les distillats moyens et les fractions lourdes contiennent chacun des hydrocarbures et des exigences de traitement distinctes.

Le raffinage physique sépare ces matériaux en fonction de la plage d’ébullition, tandis que la conversion chimique modifie les structures moléculaires pour augmenter la valeur du produit et améliorer les caractéristiques souhaitées du carburant.

Le craquage thermique fonctionne principalement grâce à la chimie des radicaux libres, tandis que le craquage catalytique utilise des intermédiaires de carbocation favorisés par des catalyseurs acides. La cokéfaction offre une autre voie pour convertir des résidus lourds et difficiles à produire en produits utiles.

La capacité de la raffinerie à récupérer des produits de valeur dépend de la composition brute, des caractéristiques des fractions, des conditions du procédé, des performances du catalyseur, des niveaux de contaminants et des exigences de qualité finale des produits individuels.

Un traitement efficace du pétrole nécessite donc bien plus que la production de carburants. Cela exige également une gestion prudente des émissions, des eaux usées, des résidus pétroliers, des matériaux contaminés, de la consommation d’énergie et d’autres problèmes environnementaux créés par les activités de raffinage.

Résumé sur les fractions pétrolières et leurs composants

Foire aux questions sur les fractions pétrolières et leurs composants

1. Que sont les fractions pétrolières ?

Les fractions pétrolières sont des groupes d’hydrocarbures séparés du pétrole brut principalement en fonction des différences de plage d’ébullition au cours de la distillation en raffinerie.

2. Quelles sont les principales fractions pétrolières ?

Les principaux groupes comprennent les gaz et le naphta, les distillats moyens et les fractions lourdes. Les raffineurs divisent ensuite ces groupes en flux spécifiques.

3. Que trouve-t-on dans le naphta ?

Le naphta contient principalement des paraffines et des naphtènes, avec de plus petites quantités de composés aromatiques tels que le benzène et les hydrocarbures aromatiques alkylés.

4. Quels produits proviennent des distillats moyens ?

Les distillats moyens fournissent des matières premières pour le kérosène, le carburéacteur, le carburant diesel, le gazole léger et d’autres produits de raffinage.

5. Pourquoi les fractions lourdes du pétrole sont-elles difficiles à traiter ?

Les fractions lourdes contiennent des hydrocarbures complexes de haut poids moléculaire, des hétéroatomes, des métaux et des structures cycliques substituées qui compliquent le traitement et peuvent endommager les catalyseurs.

6. Qu’est-ce que la fissuration thermique ?

Le craquage thermique utilise des températures élevées pour briser les grosses molécules d’hydrocarbures grâce à des réactions impliquant principalement des intermédiaires radicalaires.

7. Qu’est-ce que le craquage catalytique ?

Le craquage catalytique utilise des catalyseurs acides pour convertir les hydrocarbures lourds en produits plus légers grâce à des réactions impliquant des intermédiaires carbocations.

8. Qu’est-ce que la cokéfaction ?

La cokéfaction est un procédé de craquage thermique sévère qui convertit les résidus lourds en gaz, naphta de craquage, distillats moyens et coke de pétrole.

9. Pourquoi utilise-t-on la distillation sous vide ?

La distillation sous vide sépare les résidus atmosphériques lourds à des températures d’ébullition efficaces plus basses, aidant ainsi à récupérer des flux utiles supplémentaires sans dégradation thermique excessive.

10. Pourquoi les fractions pétrolières sont-elles importantes ?

Les fractions pétrolières permettent aux raffineries de séparer, traiter et convertir le pétrole brut en carburants précieux, matières premières pétrochimiques, matériaux lubrifiants et autres produits.

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