PTC Systems

La solution innovante pour la désulfuration et l'adoucissement
des produits pétroliers

Le raffinage du pétrole repose sur trois grandes catégories d'opérations :

C'est principalement dans cette dernière catégorie que s'inscrit la technologie développée par PTC Systems, avec sa plateforme ACTIPOLISH® et sa formulation ACTIPOL®.

Cette technologie brevetée propose une approche chimique du traitement des composés soufrés, notamment le sulfure d'hydrogène (H₂S) et les mercaptans, sans recours à un oxydant pour leur transformation.

Les trois grandes étapes du raffinage

La transformation du pétrole brut en produits commercialisables nécessite une succession d'opérations industrielles complexes.

Ces opérations peuvent être regroupées en trois grandes catégories : la séparation des constituants du pétrole brut, la conversion des fractions lourdes et l'amélioration des propriétés des produits obtenus.

Le procédé de séparation

La première étape essentielle du raffinage consiste à séparer les différentes fractions du pétrole brut principalement selon leurs températures d'ébullition.

Cette opération est réalisée par distillation atmosphérique.

Le pétrole brut, préalablement dessalé et préchauffé, est porté à une température généralement voisine de 350 à 400 °C dans un four, puis introduit dans une colonne de fractionnement.

Les constituants les plus volatils s'élèvent dans la colonne, tandis que les fractions les plus lourdes restent dans sa partie inférieure.

À mesure que les vapeurs remontent, elles se refroidissent et se condensent progressivement.

Des plateaux ou des garnissages permettent de réaliser les échanges entre phases vapeur et liquide et d'obtenir différentes fractions, appelées coupes pétrolières.

On récupère notamment :

Les résidus atmosphériques peuvent ensuite subir une distillation sous vide, à pression réduite.

Cette seconde opération permet de récupérer des distillats sous vide, notamment destinés aux unités de conversion, tout en limitant leur dégradation thermique.

Les principales utilisations des produits pétroliers

Chaque fraction obtenue peut être utilisée directement après traitement ou servir de matière première à d'autres opérations de raffinage.

Les procédés de conversion

Après les opérations de séparation, une proportion importante du pétrole brut se retrouve encore sous forme de fractions lourdes.

Or, la demande industrielle et commerciale concerne largement les produits plus légers, notamment les carburants.

Les raffineries disposent donc de procédés permettant de modifier la structure moléculaire des hydrocarbures.

Le craquage catalytique permet de fragmenter des molécules lourdes en hydrocarbures plus légers.

Il est généralement réalisé à des températures voisines de 500 °C, en présence d'un catalyseur adapté.

L'hydrocraquage associe l'action d'un catalyseur à celle de l'hydrogène, sous pression, pour transformer des fractions lourdes en produits plus légers.

D'autres procédés, notamment le viscoréducteur, la cokéfaction ou certaines technologies de conversion profonde, permettent de valoriser davantage les fractions lourdes.

Ces opérations nécessitent des installations complexes et des consommations énergétiques importantes.

L'objectif des raffineurs consiste à optimiser les rendements, la qualité des produits et les coûts d'exploitation.

Les procédés d'amélioration, de désulfuration et d'adoucissement

Les produits issus des opérations de séparation et de conversion ne possèdent pas toujours les caractéristiques nécessaires à leur commercialisation.

Ils peuvent notamment contenir des composés soufrés, azotés ou oxygénés, ainsi que d'autres substances susceptibles d'affecter leur stabilité, leur odeur, leur corrosivité ou leur conformité aux spécifications.

Parmi les composés soufrés figurent notamment :

La réglementation européenne impose des exigences strictes sur la teneur en soufre des carburants routiers.

Depuis 2009, la teneur maximale en soufre des essences et gazoles routiers est fixée à 10 mg/kg, soit 10 ppm en masse.

La réduction du soufre contribue notamment à limiter les émissions polluantes et à préserver l'efficacité des dispositifs catalytiques de traitement des gaz d'échappement.

L'hydrodésulfuration

L'hydrodésulfuration, ou HDS, constitue l'une des principales technologies employées pour éliminer les composés organosoufrés des fractions pétrolières.

Elle repose sur une réaction catalytique en présence d'hydrogène, sous température et pression élevées.

Les conditions opératoires dépendent de la nature des charges et des objectifs de traitement.

À titre indicatif, certaines unités de traitement du gazole fonctionnent à des températures de l'ordre de 300 à 400 °C, sous plusieurs dizaines de bars.

Les composés organosoufrés sont transformés en hydrocarbures et en sulfure d'hydrogène (H₂S).

Le H₂S est ensuite séparé et dirigé vers des installations appropriées de traitement et de récupération du soufre.

L'adoucissement des produits pétroliers

L'adoucissement concerne notamment l'élimination ou la transformation des mercaptans présents dans certaines fractions pétrolières.

Ces composés peuvent être responsables d'odeurs désagréables et contribuer à certaines propriétés corrosives.

Les traitements traditionnels font fréquemment intervenir des solutions alcalines, des catalyseurs et, dans les procédés oxydatifs, un apport d'oxygène.

Les mercaptans peuvent ainsi être transformés en disulfures.

Selon les configurations industrielles, les disulfures sont séparés du produit ou demeurent dans la fraction traitée.

La transformation des mercaptans en disulfures ne correspond donc pas nécessairement à une élimination du soufre total.

Point critique de l'adoucissement : le traitement des composés soufrés résiduels

Les opérations d'hydrodésulfuration et d'adoucissement permettent de réduire considérablement les teneurs en composés soufrés.

Cependant, certains flux pétroliers peuvent encore contenir des concentrations résiduelles de H₂S et de mercaptans.

Leur élimination peut nécessiter un traitement complémentaire de finition, couramment appelé "polishing".

C'est dans ce domaine que PTC Systems, avec ACTIPOL®, propose une approche technologique originale.

Une transformation chimique sans oxydation

Les procédés d'adoucissement oxydatif, notamment ceux de type MEROX, reposent sur la conversion des mercaptans en disulfures.

ACTIPOL® utilise un mécanisme chimique différent.

La transformation des composés soufrés ciblés repose sur une réaction de substitution nucléophile, sans nécessité d'un oxydant.

Cette approche permet de traiter le H₂S et les mercaptans sans recourir à leur oxydation en disulfures.

Le traitement est destiné à transformer ces polluants en composés présentant des propriétés différentes, notamment en matière d'odeur et de comportement dans les phases aqueuses de traitement.

Les performances dépendent des caractéristiques du flux, des concentrations initiales et des conditions d'exploitation.

PTC Systems : une innovation brevetée pour le polishing pétrolier

Une alternative chimique aux traitements oxydatifs classiques

La plateforme technologique ACTIPOLISH® comprend notamment deux formulations :

Les deux formulations peuvent participer au captage de polluants alcalino-sensibles.

Leur capacité à provoquer une transformation chimique spécifique dépend de la réactivité des polluants concernés.

Transformation du H₂S et des mercaptans

Le principe chimique repose sur une réaction de substitution nucléophile impliquant les espèces soufrées réactives.

Contrairement à une oxydation catalytique conventionnelle, cette transformation ne nécessite pas d'oxygène comme réactif d'oxydation.

Elle ne repose pas sur la conversion des mercaptans en disulfures.

Les produits de réaction sont ensuite pris en charge dans la phase de traitement appropriée.

Conditions opératoires

Le procédé peut être mis en œuvre, selon l'application étudiée, dans les conditions suivantes :

Les paramètres d'exploitation doivent être définis en fonction de la nature du flux pétrolier et des performances recherchées.

Gestion environnementale des effluents

Les transformations chimiques réalisées peuvent conduire à la formation de composés organiques récupérés dans les effluents aqueux.

La possibilité d'un traitement biologique dépend de leur composition et de leur biodégradabilité effective.

Lorsque les caractéristiques de ces effluents le nécessitent, un traitement complémentaire peut être étudié.

POA SYSTEM — Procédé d'oxydation avancée original et breveté développé par PTC Systems — constitue une voie complémentaire envisageable pour le traitement des effluents liquides.

Cette approche permet de considérer non seulement l'élimination des polluants du flux pétrolier, mais également la gestion de leur devenir après traitement.

Comparaison entre l'adoucissement oxydatif conventionnel et ACTIPOLISH®

Les deux approches ne sont pas nécessairement exclusives.

ACTIPOL® peut notamment être étudié en complément d'installations existantes, lorsque les concentrations résiduelles en composés soufrés justifient une étape supplémentaire de finition.

Exemple de technologie conventionnelle : l'oxydation catalytique sur charbon actif

Pour mémoire : les solutions proposées par le groupe JACOBI

Certaines technologies industrielles utilisent des charbons actifs imprégnés de catalyseurs pour favoriser l'oxydation des mercaptans. Ces procédés peuvent être employés pour traiter différentes fractions pétrolières, notamment les GPL, les naphtas légers et certains condensats. Le catalyseur accélère la conversion des mercaptans en disulfures, en présence d'un oxydant approprié. Le charbon actif joue notamment le rôle de support catalytique. Ces technologies illustrent l'une des voies conventionnelles de traitement des composés soufrés.

ACTIPOL® se distingue par un mécanisme chimique non oxydatif, destiné à transformer directement les espèces soufrées ciblées.

Domaines d'application pétroliers

Les applications potentielles d'ACTIPOL® concernent notamment :

L'adaptation du procédé à chaque produit doit prendre en compte sa composition, les concentrations en polluants, les contraintes de qualité et les spécifications industrielles applicables.

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Des résultats confirmés par des essais industriels

Le développement d'ACTIPOL® s'appuie sur des essais réalisés sur des effluents industriels contenant du H₂S et des mercaptans.

Ces essais ont notamment porté sur des flux gazeux industriels présentant des concentrations variables en polluants soufrés.

Dans les conditions étudiées, les analyses ont montré des concentrations résiduelles de H₂S et de mercaptans inférieures aux limites de détection des méthodes employées.

Ces résultats démontrent l'intérêt de la transformation chimique proposée par PTC Systems.

Ils constituent une base technique pour l'étude d'applications complémentaires en raffinage pétrolier.

Les performances observées sur ces effluents gazeux ne doivent toutefois pas être assimilées à une validation industrielle sur l'ensemble des coupes pétrolières.
Chaque nouvelle application nécessite une étude adaptée.

Conclusion : ACTIPOL® — Une nouvelle approche du polishing et de l'adoucissement pétrolier

Les procédés conventionnels de raffinage assurent l'essentiel de la séparation, de la conversion et de la purification des produits pétroliers.

Toutefois, certains flux nécessitent des traitements complémentaires pour atteindre les spécifications recherchées.

PTC Systems propose, avec ACTIPOL®, une voie chimique originale de traitement du H₂S et des mercaptans, sans recours à un oxydant.

Cette technologie présente plusieurs caractéristiques importantes :

ACTIPOL® ne vise pas nécessairement à remplacer les technologies de raffinage établies.

Il propose une possibilité supplémentaire pour les opérations de finition, lorsque les conditions industrielles rendent pertinente une transformation chimique non oxydative des polluants soufrés résiduels.

PTC Systems — ACTIPOLISH® : une approche complémentaire pour le traitement ciblé des polluants soufrés.

Pour approfondir

PTC Systems s'inscrit dans les technologies de purification des produits pétroliers.