Transcript C - Aix Marseille Université

1-Pétrole brut et coupes
pétrolières
Introduction à la distillation du pétrole brut
Université de Marseille St Jérome
Nov 2014
Thomas Battaglieri
1
Sommaire
La place de la distillation dans le
schéma de raffinage
Pétrole brut et coupes pétrolières
Application :Utilisation des courbes TBP
2
La place de la
distillation dans le
schéma de raffinage
Objectifs principaux du raffinage
Les grandes opérations du raffinage
Schéma simplifié de raffinage
3
Objectifs principaux du raffinage
Qualités des coupes Straight Run souvent
éloignées des qualités requises pour les produits
finis ou par les exigences des traitements
catalytiques
Teneurs en S, RON…
OBJECTIF 1: Améliorer la qualité des coupes
Rendements offerts par les bruts ne sont pas en
adéquation avec les besoins du marché
Problématique du fond du baril
OBJECTIF 2: Convertir les coupes lourdes en
coupes légères et intermédiaires
4
Les grandes opérations du
raffinage
Traitements de raffinage :
• Amélioration de la qualité des coupes
• Conversion des coupes lourdes excédentaires
Séparation
par
distillation
PETROLES
BRUTS
5
Coupes
pétrolières
Mélanges
des bases
BASES
Produits
finis
Schéma du procédé du Raffinage
6
Source : Document TOTAL - KEBLOW
Pétrole brut et coupes
pétrolières
Pétrole brut
Essences, Kérosène, Diesel…
Spécifications
Rendements en coupes pétrolières de quelques
bruts
7
Composition des pétroles bruts
HYDROCARBURES
IMPURETES :
Soufre
8
masse
11 à 14 %
Hydrogène
masse
0,04 à 6 % masse
Oxygène
0,1 à 0,5 % masse
Azote
0,1 à 1,5 % masse
Métaux
surtout Ni et V
0,005 à 0,015 %
masse
soit 50 à 150 g/t
Eau et sédiments
0,1 à 0,6 % vol
Sels minéraux
84 à 87 %
Carbone
composés de carbone
et d’hydrogène
20 à 200 g/t
Par combustion
avec l ’oxygène
Énergie
mécanique
(carburant)
C
H
Énergie
thermique
(combustible)
CO2
H2O
Longueur de chaîne carbonée et
produits pétroliers
-200 °C
GAZ
-100 °C
ESSENCES
GPL
CARBURANT
9
BUTANE COMMERCIAL
CARBURANTS
AUTO
GAZOLE
MOTEUR
JET A1
0 °C
C5
C8
+100 °C
C11
C13
+200 °C
C20
+300 °C
C25
+400 °C
HUILES DE BASE
PARAFFINES
FUEL-OIL
DOMESTIQUE
CIRES
C3
C4
PROPANE COMMERCIAL
NAPHTA
POUR
PETROCHIMIE
PRODUITS
INTERMEDIAIRES
PRODUITS LOURDS
PRODUITS
C1
GNL
FUELS
C35
+500 °C
LOURDS
C55
+600 °C
BITUMES
Températures d’ébullition
et nombre d’atomes
de carbone
Principaux critères de qualité des
produits (1)
Produits
pétroliers
CARBURANTS-AUTO
Critères de qualité
principaux
Volatilité
démarrage, reprises, encrassement
moteur
INDICES D'OCTANE
RON et MON
Aptitude à une combustion
sans cliquetis
Composition
Sécurité
Pas de risque de détériration
des turbines des réacteurs
Aptitude à rester liquide à
basse température
CARBUREACTEUR Qualité combustion
JET A1
TENUE AU FROID
TENEUR EN SOUFRE
GAZOLE MOTEUR
TENUE AU FROID
Indice de Cétane
10
Signification
Dépollution des moteurs Diesel
Aptitude à rester liquide à
basse température
Qualité combustion dans
un moteur Diesel
Principaux critères de qualité des
produits (2)
Produits
pétroliers
Critères de qualité
principaux
GAZ DE PETROLE
composition
LIQUEFIES
FUELS LOURDS
BITUMES
HUILES
DE BASE
11
Signification
sécurité de fonctionnement des installations
TENEUR EN SOUFRE Protection de l'environnement
Viscosité
Qualité combustion
PENETRABILITE
Dureté du bitume
RAMOLLISSEMENT
Tenue en température
Viscosité
Aptitude à lubrifier
Indice de viscosité
Maintien de la viscosité
en toutes conditions
Tenue au froid
Rester liquide à froid
Contrôle de la volatilité des
produits pétroliers
POINT D’ECLAIR
Jet A1, Gazole, Fuels
Figure 1: Mesure du point éclair – Flash point
12
Tension de vapeur des
carburants auto
Figure 2: Tension de vapeur
Tenue au froid
gazole
Point de trouble
13
Point d’écoulement
Distillation ASTM/TBP d’une coupe
Figures 3 et 4: Distillation ASTM
14
Autre Représentation d’une charge
complexe
Représentation:
Températures croissantes de haut en bas
Les produits de distillation
apparaissent de haut en
bas par ordre de volatilités
décroissantes
Figure 5: Charge complexe
15
Notion de point de coupe et de
ligne de séparation
Point de coupe:
Température
frontière théorique
entre deux coupes
Température
d'ébullition du
constituant réparti
pour 50% dans les
‘’tops’’ et 50% dans
les ‘’bottoms’’
Répartition des
constituants:
abcg non répartis
def répartis
16
Figure 6: Point de coupe et ligne
de séparation
Qualité de la séparation
Séparation parfaite
Figure 7: Notion de séparation parfaite
17
Notion de GAP
Figure 8: Notion de GAP
18
Notion d’OVERLAP
Figure 9: Notion d’OVERLAP
19
Rendements en coupes pétrolières
de quelques bruts
Marché
français
Brent
Arabe léger
Safaniyah
(Mer du
Nord)
(Arabie
Saoudite)
(Arabie
Saoudite)
0,806
0,837
0,855
0,993
0,895
° API = 141,5
− 131,5
d 15
4
44
37,5
34
27
10,7
Teneur en soufre (% masse)
0,2
0,3
1,7
2,8
5,27
en
poids :
0%
20%
Pétrole brut
saharien
Boscan
brut lourd
(Venezuela)
GAZ
ESSENCES
40%
60%
PRODUITS
INTERMEDIAIRES
80%
100%
PRODUITS
LOURDS
Densité
R121*4
20
Application
Utilisation des courbes TBP
21
Utilisation de la courbe de distillation
1) A partir des tableaux suivants,
tracer la courbe à distiller
2) Quel est le brut le plus lourd?
Pourquoi?
3) En augmentant la pression,
dans quel sens bouge la courbe
de pression?
4) On sait que les points de
coupes de l’essence sont 0°
°C140°
°C. Quel est le rendement en
essences de chacun des bruts ?
5)On suppose que l’on souhaite
obtenir 15% de Kérosène avec
ces deux bruts. Quel est le point
final du kérosène pour chacun
des bruts ? Est-ce réaliste ?
Même question avec 25%.
22
yields IRH
T
%
degC
40
2.96
50
3.61
65
4.86
80
6.35
90
7.46
100
8.64
110
9.89
120
11.20
130
12.55
140
13.94
150
15.36
160
16.82
170
18.29
180
19.79
190
21.30
200
22.84
220
25.94
240
29.08
260
32.27
280
35.49
300
38.73
320
42.00
340
45.27
360
48.54
380
51.79
400
55.00
425
58.93
450
62.70
475
66.29
500
69.65
510
70.93
525
72.76
550
75.62
565
77.23
575
78.26
580
78.77
600
80.76
700
93.27
yields Azeri
T
%
degC
40
2.09
50
2.61
65
3.68
80
5.03
90
6.06
100
7.19
110
8.39
120
9.66
130
11.01
140
12.41
150
13.87
160
15.38
170
16.95
180
18.56
190
20.23
200
21.94
220
25.51
240
29.26
260
33.18
280
37.26
300
41.48
320
45.80
340
50.19
360
54.59
380
58.95
400
63.21
425
68.29
450
72.99
475
77.21
500
80.89
510
82.20
525
84.01
550
86.63
565
88.03
575
88.93
580
89.37
600
91.19
700
112.42
IRH
IRH
yields wt %
S brutnet wt%
100
2
yields brutnet
90
1.8
yields systeme
80
1.6
S brutnet
70
1.4
60
1.2
50
1
40
0.8
30
0.6
20
0.4
10
0.2
0
0
100
200
300
400
TBP degC
500
600
700
0
800
Figure 10: TBP de l’IRH
régression polynomiale pour calculer les yields
a
b
c
d
8.40999E-15 -1.70529E-11 1.35319E-08 -5.61373E-06
23
e
f
g
0.001352 -0.026231 2.167231
Azeri
AZERI
yields wt %
S brutnet wt%
0.16
120
yields brutnet
0.14
yields systeme
100
S brutnet
0.12
80
0.1
0.08
60
0.06
40
0.04
20
0.02
0
0
100
200
300
400
TBP degC
500
600
700
0
800
Figure 11: TBP de de l’Azeri
régression polynomiale pour calculer les yields
a
b
c
d
1.70726E-14 -3.0451E-11 2.02717E-08 -6.88881E-06
24
e
f
g
0.001532 -0.050123 2.031836
Quel est le brut le plus lourd?
TBP
yields wt %
2) IRH est le
brut le plus
lourd, sa
courbe de
distillation est
au dessous.
yields Azeri
yields IRH
100
90
80
70
60
50
3) En
augmentant la
pression on
aplatit les
courbes vers
le bas
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
TBP degC
500
Figure 12: TBP comparées
25
600
700
800
Rendements Essence
On néglige le rendement en C1-C2 et on assume
les rendements en GPL équivalents. On lit le
rendement essence à 140°
°C.
IRH: 13.94% Essence
Azeri: 12.41% Essence
26
Point de coupe du kéro
5) Pour 15% de kéro
Le Kéro est la coupe juste en dessous de
l’essence.
On connaît le rendement du brut jusqu’au point
de coupe initial du Kéro qui est le point de coupe
final de l’essence.
Le tableau donne les rendements cumulés.
On cherche donc la température pour laquelle on
a évaporé le rendement à 140°
°c + 15%.
IRH: environ 240°
°C
Azeri: environ 230°
°C
27
Point de coupe du Kéro
5) Pour 25%
IRH: environ 300°
°C
Azeri: environ 280°
°C
Ce point de coupe n’est pas réaliste à cause de la
tenue au froid
28