PTC Systems — ACTIPOLISH®
Comprendre le raffinage pétrolier et ses enjeux de désulfuration
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| 01 Le raffinage | 02 ACTIPOLISH® | 03 Comparaison des procédés | 04 Analyse économique | 05 Perspectives industrielles |
1. Introduction au raffinage pétrolier
Le raffinage du pétrole est un ensemble d'opérations industrielles destinées à transformer le pétrole brut en produits commercialisables répondant à des spécifications techniques et environnementales précises.
Il repose sur trois grandes catégories d'opérations :
- La séparation des différentes fractions du pétrole brut.
- La conversion des fractions lourdes en produits plus légers.
- L'amélioration des propriétés des produits, notamment la désulfuration et l'adoucissement.
C'est principalement dans cette dernière
catégorie que s'inscrit la technologie
ACTIPOLISH® développée par PTC
Systems.
2. La séparation des fractions pétrolières
La première étape essentielle du raffinage consiste à séparer les constituants du pétrole brut principalement selon leurs températures d'ébullition.
Le pétrole brut, préalablement dessalé et préchauffé, est porté à une température généralement voisine de 350 à 400 °C avant son introduction dans une colonne de distillation atmosphérique.
Les fractions les plus volatiles s'élèvent dans la colonne, tandis que les constituants plus lourds se retrouvent dans les parties inférieures.
Principales fractions obtenues
| Fraction pétrolière | Utilisation principale |
|---|---|
| Gaz légers et GPL | Combustibles, carburants et matières premières industrielles |
| Essences | Carburants pour moteurs à allumage commandé |
| Naphtas | Matières premières pétrochimiques |
| Kérosènes | Carburants aéronautiques |
| Gazoles | Carburants Diesel |
| Fractions lourdes | Conversion, combustibles et bases lubrifiantes |
| Résidus | Bitumes et charges pour unités de conversion |
Les résidus atmosphériques peuvent ensuite être traités par distillation sous vide afin de récupérer des fractions supplémentaires tout en limitant leur dégradation thermique.
3. Les procédés de conversion
Après la séparation, une partie importante du pétrole brut demeure constituée de fractions lourdes.
Les raffineries utilisent différents procédés permettant de modifier la structure moléculaire des hydrocarbures pour obtenir des produits plus légers et mieux valorisables.
Le craquage catalytique
Le craquage catalytique permet de fragmenter des molécules lourdes en hydrocarbures plus légers, à des températures généralement voisines de 500 °C, en présence d'un catalyseur.
L'hydrocraquage
L'hydrocraquage associe l'action de l'hydrogène à celle d'un catalyseur, sous température et pression élevées.
D'autres technologies, notamment la viscoréduction et la cokéfaction, permettent également de valoriser les fractions lourdes.
4. L'amélioration des produits pétroliers
Les produits issus de la séparation et de la conversion ne répondent pas toujours directement aux spécifications nécessaires à leur commercialisation.
Ils peuvent contenir différents composés soufrés, azotés ou oxygénés susceptibles d'affecter leur odeur, leur stabilité, leur corrosivité et leur conformité réglementaire.
Les principales familles de composés soufrés
- Le sulfure d'hydrogène (H2S).
- Les mercaptans, également appelés thiols.
- Les sulfures et disulfures organiques.
- Les composés soufrés hétérocycliques.
La réglementation européenne impose notamment une teneur maximale en soufre de 10 mg/kg, soit 10 ppm en masse, pour les essences et gazoles routiers.
La réduction des composés soufrés contribue à limiter les émissions polluantes et à préserver l'efficacité des dispositifs catalytiques de traitement des gaz d'échappement.
5. L'hydrodésulfuration (HDS)
L'hydrodésulfuration constitue l'une des principales technologies utilisées dans les raffineries pour réduire la teneur en soufre 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 pétrolières et
des objectifs de traitement. Certaines
unités de traitement du gazole fonctionnent,
à titre indicatif,
entre 300 et 400 °C, sous plusieurs dizaines
de bars.
Les composés organosoufrés sont transformés en hydrocarbures et en sulfure d'hydrogène (H2S).
Le H2S produit est ensuite séparé et dirigé vers des installations appropriées de traitement et de récupération du soufre.
6. L'adoucissement des produits pétroliers
L'adoucissement concerne notamment l'élimination ou la transformation des mercaptans présents dans certaines fractions pétrolières.
Ces composés peuvent provoquer des odeurs désagréables et contribuer à certaines propriétés corrosives.
Les procédés conventionnels font fréquemment intervenir des solutions alcalines, des catalyseurs et un apport d'oxygène.
Les mercaptans peuvent ainsi être transformés en disulfures.
La transformation des mercaptans en disulfures ne correspond pas nécessairement à une élimination du soufre total contenu dans le produit pétrolier.
7. Les enjeux du polishing pétrolier
L'hydrodésulfuration et les traitements conventionnels permettent de réduire considérablement les concentrations en composés soufrés.
Cependant, certains flux peuvent encore contenir des concentrations résiduelles de H2S et de mercaptans.
Leur traitement peut nécessiter une opération complémentaire de finition, généralement désignée par le terme anglais polishing.
Cette étape peut être particulièrement importante lorsque les exigences de qualité sont élevées, ou lorsque les procédés existants rencontrent des difficultés face aux variations de la charge soufrée.
8. ACTIPOLISH® : une nouvelle approche
PTC Systems développe avec ACTIPOLISH® une plateforme technologique reposant sur une transformation chimique ciblée des polluants.
Sa formulation ACTIPOL® permet notamment d'envisager le traitement simultané du H2S résiduel et des mercaptans, sans recourir à leur oxydation en disulfures.
Cette approche repose sur un mécanisme de substitution nucléophile différent des procédés d'adoucissement oxydatifs conventionnels.
Elle ouvre des perspectives d'intégration dans les chaînes de traitement existantes, notamment en sortie d'hydrodésulfuration.
L'intérêt technique et économique doit être évalué en fonction de la nature des flux pétroliers, des concentrations en polluants et des spécifications des produits finis.
Une approche complémentaire pour la transformation chimique ciblée des composés soufrés résiduels, avec une attention particulière portée à l'intégration industrielle, aux performances de traitement et aux coûts d'exploitation.
9. Vers une analyse technique et économique
La comparaison entre ACTIPOL® et les procédés conventionnels ne peut se limiter au seul prix des réactifs utilisés.
Elle doit également tenir compte des équipements nécessaires, des consommations énergétiques, des opérations de régénération, de la maintenance et de la gestion des effluents.
Les pages suivantes présentent les caractéristiques techniques d'ACTIPOLISH®, les procédés concurrents et les éléments nécessaires à une comparaison technico-économique objective.