INFORMATION AVAL PRINCIPE DU RAFFINAGE

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1 Information Amont - Aval - Transport INFORMATION AVAL Ingénieurs en Sécurité Industrielle PRINCIPE DU RAFFINAGE 1 - LES OPÉRATIONS DE RAFFINAGE CLASSIFICATION DES PRINCIPAUX PRODUITS PÉTROLIERS COMMERCIAUX LES PÉTROLES BRUTS TRAITEMENTS DE RAFFINAGE LA CONSTITUTION ET LE CONTRÔLE DES PRODUITS FINIS LA RAFFINERIE : ORGANISATION GÉNÉRALE... 7 PLANCHES : "Objectifs du raffinage"... 8 Principaux critères de qualité des produits pétroliers... 9 Gammes d'hydrocarbures dans les produits pétroliers Ce document comporte 11 pages RA GEN - - Rév. 0 26/01/2005

2 1 1 - LES OPÉRATIONS DE RAFFINAGE Réception et stockage du pétrole brut Traitement du pétrole brut dans les unités de raffinage - Fabrication des bases Mélange des bases et constitution des produits finis Contrôle laboratoire et expédition des produits Schéma de fabrication Séparations Transformations Épurations Stockage Mélanges Expéditions Stockage du brut Distillation Fractionnement Reformage Craquage Viscoréduction Alkylation Lavage, etc... Hydrodésulfuration Tamis Usines à soufre Stockage des produits intermédiaires Élaboration des produits finis Rail Route Pipelines D PCD 057 A 2 - CLASSIFICATION DES PRINCIPAUX PRODUITS PÉTROLIERS COMMERCIAUX PRODUITS ÉNERGÉTIQUES CARBURANTS COMBUSTIBLES PRODUITS NON ÉNERGÉTIQUES GAZ Mélange spécial Carburant liquéfié Propane commercial Butane commercial ESSENCES Supercarburant - avec plomb - sans plomb Naphta pétrochimique Essences spéciales White-spirit PRODUITS INTERMEDIAIRES JP 4 JET A1 Gasoil moteur Fuel-oil domestique Diesel Marine léger Fuel-oil domestique Pétrole lampant PRODUITS LOURDS Fuel lourd n 1 Fuel lourd n 2 Bases huiles Paraffines Cires Bitumes

3 2 3 - LES PÉTROLES BRUTS Chaque raffinerie dispose d'une panoplie particulière de pétroles bruts. Ces pétroles bruts donnent des rendements très différents en gaz, essences, produits intermédiaires et produits lourds, et ces rendements peuvent différer notablement de la demande du marché. 0 MARCHÉ FRANÇAIS Gaz PÉTROLE BRUT SAHARIEN (Algérie) Gaz PÉTROLE BRUT ARABE LÉGER (Arabie Saoudite) PÉTROLE BRUT SAFANUYAH (Arabie Saoudite) Essences Coupes essences Produits Coupes 60 intermédiaires intermédiaires Produits Coupes 90 lourds lourdes 100 % poids DENSITÉ 0,806 0,855 0,893 API TENEUR EN SOUFRE % Poids 0,2 1,7 2,8 D PPC 047 A

4 3 LES PÉTROLES BRUTS se présentent sous la forme de liquides plus ou moins visqueux dont la couleur varie du brun au vert foncé. Ils sont principalement constitués d'hydrocarbures, c'est-à-dire de corps composés de CARBONE et d HYDROGÈNE. Carbone et hydrogène font toute la valeur des pétroles bruts car ce sont des éléments combustibles. Ils se combinent à l'oxygène de l'air en libérant de grandes quantités d'énergie que l'on peut récupérer sous forme d'énergie mécanique (CARBURANT) ou d'énergie thermique (COMBUSTIBLE). Un certain nombre d'hydrocarbures présents dans les pétroles bruts renferment en plus du carbone et de l'hydrogène d'autres éléments chimiques. Ces éléments supplémentaires sont considérés comme des impuretés : il s'agit surtout du SOUFRE mais aussi de l'azote, de l OXYGÈNE et de certains métaux comme le NICKEL et le VANADIUM. La recherche des proportions des différents éléments présents dans les pétroles bruts conduit au résultat suivant : CARBONE HYDROGÈNE 84 à 87 % en masse 11 à 14 % en masse SOUFRE OXYGÈNE AZOTE 0,04 à 6 % en masse 0,1 à 0,5 % en masse 0,1 à 1,5 % en masse MÉTAUX 0,005 à 0,015 % en masse soit 50 à 150 g/t Le VANADIUM constitue plus de 75 % de la teneur globale en métaux. Les PÉTROLES BRUTS sont aussi accompagnés d'impuretés provenant du gisement ou du transport. Il s'agit de sédiments : sable, débris divers, rouille, d'eau et de sels minéraux. EAU ET SÉDIMENTS SELS MINÉRAUX 0,1 à 0,6 % volume 20 à 200 g/t

5 4 4 - TRAITEMENTS DE RAFFINAGE Tous les pétroles bruts traités dans une raffinerie subissent un premier traitement de séparation qui permet d'obtenir des coupes pétrolières dont les volatilités se rapprochent de celles des produits commerciaux : coupe Gaz, coupes Essence, coupes produits intermédiaires, coupes de produits lourds. Ces séparations sont réalisées dans des unités de fabrication appelées distillation atmosphérique, distillation sous vide, séparation des gaz et essences. COUPES PÉTROLIÈRES SÉPARATION DES GAZ ET Gaz de raffinerie Propane Butane COUPES GAZ DES ESSENCES Essence légère Essence lourde COUPES ESSENCES PÉTROLES BRUTS DISTILLATION ATMOSPHÉRIQUE Kérosène Gazoles COUPES DE PRODUITS INTERMÉDIAIRES Distillat DISTILLATION SOUS VIDE Résidu sous-vide COUPES DE PRODUITS LOURDS D PCD 058 A Les coupes obtenues sont en général au nombre d'une douzaine, leur nature et leur appellation diffèrent selon les sociétés. Ces coupes ne répondent pas aux exigences du marché des produits pétroliers, ni en qualité, ni en quantité.

6 5 La raffinerie doit être équipée de deux types d'installations dont l'objectif principal est : ou bien d'améliorer les qualités de certaines coupes pétrolières pour en faire des bases utilisables pour constituer les produits finis, ou bien de modifier les rendements des différentes coupes pétrolières obtenues à partir des bruts traités afin de produire les quantités de produits commerciaux exigées par le marché. L'ajustement des qualités, hors la fabrication des bases huiles, concerne essentiellement l'indice d'octane des essences et la teneur en soufre des produits intermédiaires. l'amélioration de l'indice d'octane est obtenue par le traitement de la coupe essence lourde dans l'unité de reformage catalytique qui produit une base à haut indice d'octane appelée réformat. Coupe essence lourde UNITÉ DE RÉFORMAGE CATALYTIQUE Essence à haut indice d'octane ou reformat D PCD 059 A l'abaissement de la teneur en soufre qui est souvent trop élevée dans les coupes de produits intermédiaires est obtenue dans l'unité de désulfuration des gasoils. Produit intermédiaire Hydrogène Produit intermédiaire Coupe à haute teneur en soufre UNITÉ DE DÉSULFURATION DES GASOILS Coupe désulfurée Soufre D PCD 060 A L'ajustement des quantités est obtenu dans certaines unités de conversion comme le craquage catalytique qui transforme une coupe de produit lourd essentiellement en essence à bon indice d'octane mais aussi de gaz et produits intermédiaires (diluant catalytique). Gaz Coupe de produits lourds (distillat) UNITÉ DE CRAQUAGE CATALYTIQUE F.C.C. Essence de craquage à indice d'octane moyen Gasoil / distillat D PCD 061 A Certaines unités ont une double fonction comme le viscoréducteur qui abaisse la viscosité du résidu sous-vide tout en diminuant la quantité de fuel lourd fabriqué par la raffinerie. Résidu sous-vide a viscosité élevée UNITÉ DE VISCORÉDUCTION Résidu viscoréduit à plus faible viscosité D PCD 062 A

7 6 5 - LA CONSTITUTION ET LE CONTRÔLE DES PRODUITS FINIS Les traitements de raffinage permettent, à partir des pétroles bruts, d'obtenir des bases qui ont des caractéristiques bien particulières et qui sont donc stockées dans des réservoirs séparés. Un produit pétrolier commercial est constitué par le mélange en proportions judicieuses de différentes bases et par l'incorporation d'additifs. L'expérience dans la pondération des caractéristiques des bases permet de connaître les différentes proportions à utiliser pour le mélange. Le mélange peut être réalisé de diverses façons et, en particulier, "en ligne", un calculateur ajustant en continu les proportions des différentes bases intervenant dans l'élaboration du produit. Ainsi la constitution d'un supercarburant sans plomb peut être effectuée par exemple à partir de 6 bases différentes : BUTANE Additifs Réservoirs de stockage des BASES REFORMAT ISOMÉRAT ESSENCE DE CRAQUAGE SUPERCARBURANT RÉSERVOIR DE PRODUIT FINI ALKYLAT MTBE-ETBE D PPC 2033 A Le produit fini ainsi constitué est échantillonné et sa qualité est contrôlée par le laboratoire de la raffinerie qui en autorise l'expédition. Le contrôle de ces propriétés est réalisé par des essais normalisés qui correspondent soit à des mesures de propriétés physico-chimiques, soit à des essais de simulation dans lesquels on place le produit dans des conditions simulant son utilisation. Les exigences de qualité pour les produits se traduisent alors par des spécifications portant sur les résultats des mesures obtenues par les essais normalisés.

8 7 6 - LA RAFFINERIE : ORGANISATION GÉNÉRALE PÉTROLE BRUT UNITÉS DE FABRICATION PRODUITS SEMI- FINIS ET PRODUITS FINIS EXPÉDITION Installations de commande 8 Stockage fuel-oil 15 des pipes d'arrivée de brut 9 Stockage bitumes 16 2 Stockage pétrole brut 10 Mélanges produits blancs Unités de fabrication et leurs utilités Salle de contrôle des unités et mélanges Chaudière Stockage carburants Stockage gasoil Mélanges bitumes Chargement route Chargement fer Oléoducs pour expédition par voie fluiviale Traitement des effluents Décantation finale des eaux Bureaux Restaurant Magasin et laboratoire Sécurité et infirmerie Arrivée de l'énergie électrique Torche D PCD 064 A

9 8 OBJECTIFS DU RAFFINAGE Gaz de Pétrole Liquéfiés Carburants auto Carburéacteur Gazole moteur Fuel oil domestique Fuels lourds Bitumes Autres produits PÉTROLES BRUTS Jet A1 HTS BTS TBTS Huiles de base Paraffines - cires Naphtas (pétrochimie) Essence spéciales Pétrole lampant Diesel marine léger Fuels spéciaux Coke de pétrole white spirit essence aviation PRINCIPAUX PRODUITS PÉTROLIERS Propane Butane Supercarburant Supercarburant sans plomb CIRES CIRES Moyen orient ARABIE - IRAK - IRAN KOWEIT - QATAR Afrique NIGERIA - GABON - CONGO ALGERIE - LIBYE Mer du Nord Autres pays RUSSIE VENEZUELA MEXIQUE D PCD 044 A

10 9 PRINCIPAUX CRITÈRES DE QUALITÉ DES GRANDS PRODUITS PÉTROLIERS GAZ DE PÉTROLE LIQUÉFIÉS Composition Sécurité de fonctionnement des installations CARBURANTS-AUTO Volatilité INDICES D'OCTANE RON et MON Qualité d'utilisation : démarrages, reprises, encrassement moteur. Aptitude à une combustion sans cliquetis dans le moteur à allumage commandé. CARBURÉACTEUR JET A1 Composition Qualité de la combustion TENUE AU FROID Sécurité Aptitude à une combustion sans risques de détérioration des turbines de réacteurs. Aptitude à rester liquide à basse température en altitude. GAZOLE MOTEUR % SOUFRE Pollution FUEL OIL DOMESTIQUE TENUE AU FROID Indice de cétane Aptitude à rester liquide à basse température Aptitude à la combustion dans un moteur Diesel (démarrage, bruit, ) FUELS LOURDS VISCOSITÉ % soufre Aptitude à la pulvérisation Pollution, corrosion HUILES DE BASE MOTEURS Viscosité Indice de viscosité Tenue au froid Aptitude à la lubrification dans toutes les conditions d'utilisation BITUMES Pénétrabilité Ramollissement "Dureté" du bitume Tenue en température

11 10 GAMMES D'HYDROCARBURES DANS LES PRODUITS PÉTROLIERS C GAZ + GPL ESSENCES GPL CARBU- RANT NAPHTA POUR PÉTRO- CHIMIE BUTANE COMMERCIAL G.N.L. PROPANE COMMERCIAL SUPER CARBURANTS C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C PRODUITS INTERMÉDIAIRES GAZOLE MOTEUR FUEL-OIL DOMESTIQUE CARBU- RÉACTEUR JET A1 C11 C14 C C PRODUITS LOURDS PARAFFINES CIRES HUILES DE BASE BITUMES FUELS LOURDS C35 C Gamme des Produits Température d'ébullition et nombre d'atomes de carbone dans les hydrocarbures D PCD 301 A