Pétrole et gaz naturel

« INTRODUCTION Quelques définitions utiles Raffinage : Le raffinage est aussi l’ensemble des procédés de séparation des produits pétroliers. Distillation : La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d’ébullition sont différentes.

Elle permet de séparer les constituants d’un mélange homogène.

Sous l’effet de la chaleur, les substances se vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat. Craquage : Le craquage est en chimie, et plus particulièrement en chimie du pétrole, l’opération qui consiste à casser une molécule organique complexe en éléments plus petits, notamment des alcanes, des alcènes, des aldéhydes et des cétones.

Les conditions de température et de pression, ainsi que la nature du catalyseur sont des éléments déterminants du craquage. Reformage : Le reformage est une méthode de raffinage pour convertir les molécules naphténiques en molécules aromatiques ayant un indice d’octane élevé servant de base dans la fabrication des carburants automobiles. I. ORIGINE DU PETROLE ET DU GAZ NATUREL 1.

Origine du pétrole Est un combustible fossile dont la formation date d’environ 20 à 350 millions d’années.

Aussi appelé « huile » ou « pétrole brut », il provient de la décomposition d’organismes marins (principalement de plancton) accumulés dans des bassins sédimentaires, au fond des océans, des lacs et des deltas. La transformation de la matière organique en pétrole s’échelonne sur des dizaines de millions d’années, en passant par une substance intermédiaire appelée kérogène.

Le pétrole produit peut ensuite se trouver piégé dans des formations géologiques particulières, appelées « roches réservoirs » constituant les gisements pétrolifères « conventionnels » exploités de nos jours. a) De la matière organique au pétrole L’accumulation de matière organique dans les sédiments La matière organique est issue d’êtres vivants (plancton, végétaux, animaux, etc.).

Composée pour l'essentiel de carbone, d’hydrogène, d’azote et d’oxygène, elle forme ce que l’on appelle « la biomasse ».

Cette biomasse est généralement détruite par des bactéries mais une faible partie (moins de 1 %) se dépose au fond de milieux aquatiques. Dans cet environnement pauvre en oxygène, la matière organique est en partie préservée.

Elle se mélange ensuite à des matières minérales (particules d’argiles ou sables fins), créant ainsi des boues de sédimentation.

Celles-ci s’accumulent par couches successives sur des dizaines voire des centaines de mètres. 2.

Origine du Gaz Naturel Issu de la transformation de matières organiques en méthane, le gaz naturel provient directement des ressources souterraines de la Terre et pourrait d'ailleurs être consommé presque en l'état, selon sa composition.

Il est dit naturel, par opposition aux « gaz industriels » (comme l'oxygène et l'azote, extraits de l'air par séparation de ses composants), qui sont des produits manufacturés, ou au « gaz de ville », encore appelé « gaz de houille », produit à partir de la distillation de charbon chauffé à quelque 1 100 0C pendant plusieurs heures.

En France, ce gaz de houille, très toxique et doté d'un faible pouvoir calorifique, a d'abord servi à l'éclairage urbain, jusqu'à l'avènement de l'électricité à la fin du XIXe siècle, puis a été utilisé pour la cuisine et le chauffage jusqu'à l'arrivée du gaz naturel à partir des années 1960.

Il a totalement disparu aujourd'hui. C’est une source d'énergie primaire, donc directement disponible dans la nature et ne nécessitant pas de transformation après son extraction.

Il résulte de la décomposition de matières organiques emprisonnées dans le sous-sol terrestre ou marin.

Il s'agit d'un combustible fossile. II. OPERATION DE TRAITEMENT DU PETROLE ET DU GAZ NATUREL 1.

Traitement du pétrole a) Les procédés de séparation La première étape est celle de la séparation des molécules par distillation atmosphérique (c'est-à-dire à la pression atmosphérique normale), en fonction de leurs poids moléculaires. Ce procédé consiste à chauffer le pétrole à 350/400 °C pour en provoquer l’évaporation. Le chauffage s’effectue à la base d’une tour de distillation de 60 mètres de haut, appelée aussi topping.

Les vapeurs de brut remontent dans la tour tandis que les molécules les plus lourdes, ou résidus lourds, restent à la base sans s’évaporer.

À mesure que les vapeurs s'élèvent, les molécules se condensent les unes après les autres en liquides, jusqu’aux gaz qui atteignent seuls le haut de la tour, où la température n’est plus que de 150 °C.

À différents niveaux de la tour se trouvent des plateaux qui permettent de récupérer ces liquides de plus en plus légers. Chaque plateau correspond à une fraction de distillation, appelée aussi coupe pétrolière, depuis les bitumes (hydrocarbures très visqueux) jusqu'aux gaz. Les résidus lourds issus de cette distillation renferment encore beaucoup de produits de densité moyenne.

On les soumet, dans une autre colonne, à une seconde distillation qui permet de récupérer plus de produits moyens (fiouls lourds et gazole ). b) Les procédés de conversion Après les opérations de séparation, la proportion d’hydrocarbures lourds reste encore trop importante.

Pour répondre à la demande en produits légers, on « casse » ces molécules lourdes en deux ou plusieurs molécules plus légères. Ce procédé de conversion, appliqué à 500 °C, est également appelé craquage catalytique car il fait intervenir un catalyseur (substance accélérant une réaction chimique).

75 % des produits lourds soumis à la conversion sont ainsi transformés en gaz, essence et gazole.

D’autres procédés permettent d’améliorer ce résultat par des ajouts d'hydrogène (hydrocraquage ) ou en employant des méthodes d'extraction du carbone (conversion profonde).

Plus une conversion est poussée, plus elle est coûteuse et gourmande en énergie.

L’objectif permanent des raffineurs est de trouver l’équilibre entre degré et coût de la conversion ! c) Les procédés d’amélioration Ils consistent à réduire fortement ou éliminer les molécules corrosives ou néfastes à l'environnement, en particulier le soufre.

Les normes de l'Union européenne (UE) en matière d'émissions de soufre sont strictes : depuis le 1er janvier 2009, l’essence et le gazole contenant plus de 10 ppm (10 mg/kg) de soufre ne doivent pas être utilisés sur le territoire européen1.

Ces mesures visent à améliorer la qualité de l’air ambiant.... »