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الموضوع: دروس في تكرير البترول والبتروكيمياء بالفرنسية

  1. #1

    افتراضي دروس في تكرير البترول والبتروكيمياء بالفرنسية

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    Raffinage et petrochimie (cours et exercices)
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    Sellami Mohamed Hassen
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    Raffinage et Petrochimie Dr. Sel lami M Hassen/ UKMO
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    Raffinage et petrochimie I. Raffinage Chapitre. I Le petrole ; origine, prospection et production I.1. Origine et formation Le petrole (Petra-oleum) ou huile de pierre, est un melange complexe dfhydrocarbures liquides et/ou gazeux ; il renferme aussi une petite quantite de composes organiques oxygenes, azotes, soufrescetc. Il est associe dans le gisement { de lfeau salee. Le petrole se trouve emprisonne dans une roche permeable dite roche eponge ou roche mere ou aussi parfois roche reservoir.
    Il yfa des centaines de millions dfannees, le depot des restes vegetaux et animaux terrestres et marins melanges avec les sels, les boues les micro-organismes et les sediments sableux rocheux et argileux formaient un melange heterogene dit (Kerogene). Sous lfaction de la pression, de la temperature et/ou des bacteries et des micro-organismes, le kerogene sfest decompose et a mis en evidence lfinitiation de milliers de reactions qui ont conduit a la formation du petrole.
    Rivieres Plantes et organismes terrestres Surface ; mers et oceans Kerogene Sediments, boues, sels, plantes Micro-organismes Organismes marins Fig. I.1 Origine et formation du petrole
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    I.2. Composition Puisque le petrole est une matiere organique, alors son pourcentage massique en carbone et en hydrogene est dominant, nfempeche que certains elements metalliques ou non metalliques existent en pourcentage minoritaire tels que : lfazote, lfoxygene, le soufre, le chlore, le calcium, le sodium, le potassium, le silicium, le phosphore, le nickel, le fercetc. La composition elementaire des petroles bruts se situe dans les limites suivantes :
    - Le carbone : 84-87% ;
    - Lfhydrogene : 11-14% ;
    - Lfazote, le soufre, lfoxygene : 0-7%.
    I.3. Exploitation et prospection de nouveaux gisements de petrole A lfaide des techniques modernes : imagerie satellite, etudes geophysiques et sismiquescetc ; la decouverte du gisement petrolier reste incertaine, seul le forage petrolier et lfanalyse geologiques des debris de forage des roches sedimentaires peuvent confirmer la presence ou non du petrole. I.4. Le forage des puits petroliers Le forage dfun puits dfexploitation est destine { confirmer la presence du petrole. Dfautres puits sont creuses pour delimiter le gisement. Le puits est fore { lfaide dfun trepan ; un outil de coupe situe a lfextremite dfun train de tige de forage supporte par une tour metallique appelee Derrick. Le trepan est entraine en rotation avec une vitesse de rotation qui est fonction de la durete des roches traversees. De la boue (melange dfeau, dfargile, de sels et dfamidon) est injectee en permanence { lfinterieur des tiges, elle remonte dans lfespace compris entre les tiges et les parois du puits. La boue permet de refroidir le trepan et dfevacuer les debris de forage.
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    De retour en surface, la boue est filtree et reinjectee dans le puits. Figure (I.2). Lfanalyse physicochimique des debris de forage permet de qualifier les roches traversees et confirmer a la fin la presence du petrole.
    Boue Plateforme Rotary table Tour = Derrick Moufle Entree de boue Sortie de boue Couches sedimentaires Roche mere Outil (trepan) Tige de forage Tige Fig. I.2 Schema dfun appareil de forage
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    I.5. Recuperation du petrole On extrait la tige de forage et le trepan ; une colonne de tubage est fixee par cimentation ; des charges explosives sont fait explosees par impulsion electrique au fond du puits permettant au petrole de jaillir sur la surface. On distingue deux types de recuperation : A/Recuperation naturelle : Quand la pression du gisement est tres importante, le petrole remonte dfune maniere normale, il suffit dfinstaller des pompes { balanciers ; lfoperation continue jusquf{ la recuperation de 20 { 30% du petrole puis la pression du gisement diminue et le debit du brut devient faible alors on procede a une recuperation assistee. B/Recuperation assistee : Dans ce cas on injecte un fluide (gaz ou liquide) soit le gaz de gisement ou de lfeau pour elever la pression du gisement et faire remonter le brut. I.6. Transport Apres extraction du gisement, le petrole est transporte par des oleoducs (pipelines) via les stations de pompage vers les unites de traitement ou les raffineries. Une partie du brut est exportee vers les pays acheteurs du petrole a lfaide des navires transporteurs. I.7. Proprietes physicochimiques du petrole brut Le petrole est un liquide noir visqueux avec des reflets verdatres ; il est generalement plus leger que lfeau. Le petrole est un melange de millier dfhydrocarbures differents, il est caracterise par plusieurs proprietes physiques citons :
    - La masse molaire (150-300) g/mol.
    - La densite (0,8-0,9).
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    - Le pouvoir calorifique et la temperature de congelation qui sont fonction de la teneur et de la nature des hydrocarbures qufil contient.
    Exemple : Le gisement de Hassi Messaoud M = 160 g/mol. Densite = 0,797. T (congelation)= -60‹C. Profondeur moyenne : 2300m ; Temperature au fond : 200‹C. Pression du gisement : 100 g/cm2. Composition de la phase huile en pourcentage massique: Carbone (84-87%) ; Hydrogene (12-14%) ; Soufre (<5%) ; lfoxygene (<1,5%) ; lfazote (<2%). Composition du gaz associe au brut en pourcentage massique: Carbone (75%) ; Hydrogene (25%). I.8. Classification des petroles bruts (P.O.N.A) Les petroles bruts sont classes en quatre categories selon la teneur et la nature des hydrocarbures qufils contiennent :
    1- Paraffiniques (P): Ce sont les alcanes satures de formule generale (CnH2n+2).
    Si le nombre dfatomes de carbone (1....4) ces hydrocarbures sont en etat gazeux : CH4, C2H6, C3H8, C4H10. Si le nombre dfatomes de carbone (5....16) ces hydrocarbures sont en etat liquides: C5H12cc C16H34. Si le nombre dfatomes de carbone (..>16) ces hydrocarbures sont en etat solide.
    2- Olefiniques(O) : Ce sont les alcenes insatures (avec une double liaison)de formule generale (CnH2n). On les retrouve dans le produit de distillation du petrole ou dans les produits obtenus par craquage.
    Paraffines
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    3- Naphteniques (N) : Ce sont les poly-cycles ou les monocycles satures qui se trouvent dans la fraction legere (les naphtenes) ou dans la fraction lourde (naphtenes ramifies et poly-cycles).
    4- Aromatiques (A) : Ce sont les hydrocarbures cycliques insatures (monocycle ou poly-cycles). Ils constituent de 5 a 15% de la fraction dfessence et de 15 { 35% de la fraction Kerosene , comme ils se trouvent aussi dans les huiles et les bitumes.
    Olefines Naphtenes Aromates
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    I.9. Temperature et echelles de temperature (rappel) Certaines grandeurs caracterisant le petrole et/ou les fractions petrolieres sont donnees ou exprimees en fonction de la temperature telles que : la densite, la T.V.R, le KU.O.P cetc. Generalement ces temperatures sont exprimees en echelles Anglo-Saxonnes qui ont des relations mathematiques qufon verra ensuite avec les echelles Internationales. 1.9.1. Echelle Centigrade (Celsius) Cfest lfechelle la plus utilisee quotidiennement, elle est exprimee en degre Centigrade ou degre Celsius (‹C). Cette echelle a pour origine (0‹C) le point de congelation de lfeau distillee et pour le point (100‹C) celui correspondant au point dfebullition de lfeau distillee sous la pression atmospherique. .. (‹..)¸ .273,15 ; +‡ 1.9.2. Echelle Absolue (Kelvin) Kelvin a choisit une echelle absolue (positive ou nulle) en se basant sur lfechelle centigrade et cela pour eviter le signe negatif des basses temperatures signe qui nfest pas en accord avec lfequation dfetat des gaz parfaits qui est strictement absolue. Cette echelle est la plus utilisee en thermodynamique. .. (..)=.. (‹..)+ 273,15 (I.1) 1.9.3. Echelle Fahrenheit Cfest une echelle utilisee par les Anglo-Saxons au lieu de lfechelle centigrade. Cette echelle est couramment utilisee dans lfindustrie petroliere pour exprimer certaines grandeurs qui ont une relation avec la temperature. .. (‹..)=1,8 ... (‹..)+ 32 (I.2) .. (‹..)¸ .460 ; +‡
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    1.9.4. Echelle Rankine Cfest une echelle absolue utilisee par les Anglo-Saxons au lieu de lfechelle Kelvin. Cette echelle est utilisee cela pour eviter le signe negatif des basses temperatures exprimees en Fahrenheit. Elle est utilisee dans certaines equations ou relations qui necessitent le signe positif telles que lfequation donnant le facteur caracteristique (KU.O.P) du petrole. .. (‹..)=.. (‹..)+ 460 (I.3)
    Fig.I.3. Echelles de temperature ‹C 0‹C -273,15‹C Celsius K 273,15K 0K Kelvin ‹F 32‹F -460‹F Fahrenheit ‹R 460‹R 0‹R +‡ +‡ +‡ +‡
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    Chapitre. II Analyse des petroles et des fractions petrolieres II.1. La distillation (T.B.P) Cfest une distillation fractionnee qui a pour but de determiner la teneur en essence, Kerosene, gasoil et en fractions lubrifiantes (huile, graisse) dans le petrole brut. La courbe issue de cette distillation T=f (%Volume de distillat) est dite courbe T.B.P (true boiling point), cette courbe est utilisee dans les calculs des colonnes de traitement et de distillation et leur planification. La distillation (T.B.P) est utilisee au laboratoire dans un appareil (LPRN-1) ; cette colonne est equivalente a une colonne a garnissage de 10 plateaux theoriques et dfun taux de reflux egal { 5. Au debut de la distillation (T.B.P) on recueille les gaz dissous qui ne se condensent pas puis on les analyse par chromatographie. La distillation atmospherique est poussee jusquf{ 400‹C en notant chaque fois la temperature initiale et finale de chaque fraction. Apres 400‹C on effectue une distillation sous vide du residu atmospherique a des pressions plus basse (5-100 mmHg). Si le residu sous vide est encore important (.30%), on effectue une autre distillation sous vide entre 3 a 5 mmHg dans un autre appareil equivalent a 2 etages theoriques, enfin on mesure le volume du residu restant. (Fig.II.1). La courbe representative : Temperature = f( Pourcentage du distillat) issue de cette distillation est dite courbe de distillation (T.B.P). Cette courbe permet de savoir et de connaitre le pourcentage des fractions importantes (essence, kerosene et gasoil) dans le petrole brut.
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    II.2. La distillation (A.S.T.M) La distillation (A.S.T.M) = (American Society of Testing Materials) est utilisee pour les fractions petrolieres (Essence, Kerosene, Gasoil, Fuel). Lfappareil comporte un ballon de 100ml qui est chauffe par un bec Bunsen ou par une resistance electrique, les vapeurs de la fraction sont condensees par un melange dfeau et de la glace puis recueillis dans une eprouvette graduee. (Fig.II.2). Au debut on note la temperature dfapparition de la premiere goutte du condensat, cette temperature set le point initial de la distillation, ensuite les temperatures sont relevees lorsque 5, 10, 20, c, 90 et 95% du produit sont distilles.
    Sortie eau Entree eau Condenseur Event Event Vers pompe sous vide Soupape Circuit de chauffage de compensation Thermocouple Resistance de chauffage Brut Fig.II.1. Appareil de distillation (T.B.P) Solenoide
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    Enfin la temperature maximale enregistree avant son decroissement est appelee le point final de la distillation. On mesure le volume du residu restant dans le ballon. Le bilan de matiere sera : % Distillat +% Residu + % Pertes = 100 % ou bien sous la forme abreviee : D % + R % + P % = 100 % (II.1) En connaissant les pourcentages de distillat et du residu on deduit le pourcentage des pertes qui correspond aux fractions tres legeres qui ne sont pas condensees, ce pourcentage (P %) est place au debut de lfaxe des pourcentages distilles dfou tous les pourcentages de distillat sont majores de (P %). La courbe : Temperature = f( %total du distillat) issue de cette distillation est dite courbe de distillation (A.S.T.M). La difference entre la temperature finale et initiale, permet de comparer les qualites des produits distilles. (fig.II.3).
    Bec Bunsen Ballon de 100ml Thermometre Condenseur Eau+glace pilee Eprouvette Fig.II.2 Appareillage de distillation (A.S.T.M)
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    II.3. Le pouvoir calorifique Cfest la quantite e chaleur en Joules ou en calories degagee lors de la combustion totale dfun metre cube, dfun kilogramme ou dfune mole de combustible (petrole, essence, kerosene, gasoil, gazc) generalement { 15‹C et sous la pression atmospherique. Lfunite du pouvoir calorifique est donc : (J/m3), (J/kg) ou (J/mol). En dfautre terme, le pouvoir calorifique represente lfenthalpie de combustion par unite de volume, de masse ou de mole du combustible a la temperature de 15‹C. II.3.1. Le pouvoir calorifique superieur (P.C.S) Cfest le pouvoir calorifique du combustible mesure ou calcule si lfeau degagee de la combustion est sous forme dfun liquide. II.3.2. Le pouvoir calorifique inferieur (P.C.I) Cfest le pouvoir calorifique du combustible mesure ou calcule si lfeau degagee de la combustion est sous forme dfune vapeur.
    0 100 T D% Volume distille % R% P% Residu Pertes Distillat Fig.II.3 Courbe de distillation (A.S.T.M)
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    Pour trouver la relation liant le (P.C.S) au (P.C.I), on analyse lfexemple du schema reactionnel de combustion dfun hydrocarbure gazeux suivant, en supposant que la combustion degage (n) moles dfeau :
    Puisque le (P.C.S) et le (P.C.I) sont des chaleurs degagees, alors il est evident que : (P.C.S)<0 et (P.C.I) <0. Dfun autre cote on a : (ƒ¢....)>0 , alors dfapres le schema reactionnel ci-dessus il vient : (........)=(........)+..(ƒ¢....)(..2..) (II.2) On peut ecrire lfequation precedente dfune autre facon en utilisant lfenthalpie de condensation de lfeau au lieu de son enthalpie de vaporisation, or : ƒ¢........ =.(ƒ¢..........), alors il vient : (........)=(........)+..(ƒ¢..........)(..2..) (II.3) II.4. La tension de vapeur Reid (T.V.R) La tension de vapeur dfun hydrocarbure pur mesure la tendance des molecules { sfechapper de la phase liquide pour construire une phase vapeur en equilibre avec la phase liquide ; la tension de vapeur est une fonction de la temperature.
    La tension de vapeur Reid (T.V.R) mesure la teneur en fractions legeres dans lfessence et caracterise sa volatilite et les pertes au cours du transport et du stockage ; elle est mesuree en bar ou en kg/cm2. (1bar=0,981kg/cm2).
    (P.C.I) (P.C.S) CxH2n (g) + (x+n/2)O2 (g) x CO2 (g) + n H2O (l) x CO2 (g) + n H2O (g) .. Ģ....(H2O)
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    La (T.V.R) est la pression developpee par une essence placee a 100‹F (37,8‹C) dans un appareil clos appele bombe de Reid. On remplit la cuve dfessence et on la met en contact avec la chambre { air ; on agite lfensemble et on place la bombe de Reid dans un bain Marie a 100‹F ; lorsque lfequilibre est atteint on lit la pression indiquee par le manometre ; cette valeur correspond a la (T .V.R) de lfessence emprisonnee. (Fig.II.4). Pour des raisons securitaires de transport et de stockage, la valeur de la (T.V.R) est limitee par 650 g/cm2 en ete et 800 g/cm2 en hiver.
    II.5. Le point dfeclair Cfest une caracteristique essentielle pour le gasoil et le kerosene ; cfest la temperature a laquelle les vapeurs du produit petrolier forment avec lfair sur la surface du liquide un melange qui sfenflamme en presence dfune flamme pour une courte duree puis sfeteint sans que le liquide ne sfenflamme. (Fig.II.5).
    Chambre a air Cuve a essence Manometre Purge Fig.II.4 Bombe de Reid pour la mesure de la (T.V.R) des essences Robinet de contact
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    Le point dfeclair caracterise la teneur en fractions legeres et le taux de danger vis-a-vis du feu. Pour augmenter le point dfeclair des produits petroliers, on utilise la vaporisation (extraction) des fractions legeres par injection des vapeurs dfeau dans la colonne { contre courant (stripping { la vapeur).
    II.6. Le point dfecoulement (point de congelation) Le point dfecoulement des produits petroliers (gasoil, fuel-oil, huile) est la plus basse temperature (en refroidissant) a laquelle le produit liquide contenu dans le tube a essai ne coule plus lorsque celui-ci est incline. Cfest un critere important surtout quand il sfagit de lfutilisation de ces produits a basses temperatures. (Fig.II.6). Le point dfecoulement augmente avec la teneur en paraffines dans le produit petrolier.
    Bec Bunsen Fig.II.5 Appareillage de determination du point dfeclair Support Thermometre Bec auxiliaire Bain de sable Creuset ouvert Gasoil ou Kerosene
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    II.7. La masse moleculaire Soit (n) le nombre total des constituants chimiques du petrole ou de la fraction petroliere ; et soient xi et Mi respectivement, la fraction molaire et la masse molaire de chaque constituant ; la masse molaire moyenne du petrole ou de la fraction petroliere est donnee par la relation simple : ....e..........= ............=1 (II.4) Et puisque la fraction (xi) molaire est donnee par : ....=........ ........=
    1 (II.5) &#203; ....e..........= ............=1 .... ........=1= ........=1 ........=1 (II.6) II.8. La densite du brut Cfest le rapport de la masse volumique du petrole sur la masse volumique de lfeau distillee mesurees { des temperatures donnees. ..415=.. (........ a 15‹..).. (...... a 04‹..) (II.7)
    Thermometre Tube en verre Eprouvette en verre Produit Fig.II.6 Appareillage de determination du point dfecoulement
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    La densite est exprimee par les Anglo-saxons par la (Specific gravity SpGr (60/60) mesuree par le rapport des masses volumique du brut et celle de lfeau { la meme temperature (60‹F). .........(60‹../60‹..)=.. (........ a 60‹..).. (...... a 60‹..) (II.8) Dfapres les mesures de la densite de lfeau { differentes temperatures on a constate que : .. (...... a 20‹..)=0,9982 .. (...... a 04‹..) (II.9) Donc on peut tirer dfapres les equations (II.7 et II.8) : ..415=0,99904 .........(60‹../60‹..) (II.10) Mesure de la densite par pycnometres : Pour effectuer la mesure de la densite du brut et/ou de lfeau au laboratoire, on utilise des pycnometres, un bain Marie et une balance analytique. Dfabord, dans une balance analytique on pese le pycnometre vide (avec bouchon) bien rince et bien seche, soit (m0) sa masse ; puis on le remplie dfeau distillee et on le place dans un bain Marie regle a la temperature de 20‹C (comme exemple) puis on le seche de lfexterieur et on le pese, soit (m1) sa masse ; on refait la meme chose avec le petrole, soit (m2) la masse du pycnometre avec bouchon, remplie au trait par le petrole ; la densite du brut { 20‹C par rapport { lfeau { 20‹C sera : ..2020=.. (........ a 20‹..).. (...... a 20‹..)=..2...0..1...0 (II.11) Densite en degre (A.P.I) : La densite est aussi exprimee en ‹ (A.P.I) par la relation illustree par lfinstitut Americain du petrole : ‹ (........)=141,5.........(60‹../60‹..).131,5 (II.12) Avec (A.P.I) : American Petroleum institute II.9. Le facteur de caracterisation (KU.O.P) Les chercheurs Nelson Watson et Murphy de la societe : (U.O.P) United Oil products ont propose une formule simple pour caracteriser les differents familles des hydrocarbures en calculant un facteur (KU.O.P) dit facteur de caracterisation qui permet la classification des bruts selon le critere (P.O.N.A) deja vu au paragraphe (I.8).
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    ..........= .. ‹(..)3.........(60‹../60‹..) (II.13) T‹(R) est la temperature dfebullition du brut en degre Rankine. Exemples :
    - ..........=13 le petrole contient des hydrocarbures paraffiniques normaux et iso.
    - ..........=12 le petrole contient des hydrocarbures mixtes ou le cycle et la chaine sont equivalents.
    - ..........=11 le petrole contient des hydrocarbures naphteniques purs ou aromatiques peu substitues.
    - ..........=10 le petrole contient des hydrocarbures aromatiques purs.
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    Chapitre. III Derivees liquides et solides du petrole brut III.1. Produits issus directement de la distillation du petrole 1/Le gaz du petrole liquefie (G.P.L) Cfest un melange de propane (C3H8) et de butane (C4H10) liquefie il sfappelle aussi le Bu-Pro (butane-propane), il sert comme un combustible. Cfest le premier liquide qufon recueille lors de la distillation (T.B.P) jusquf{ la temperature de 38‹C. Le (G.P.L) est stocke sous la forme dfun liquide sous pression ; son point dfebullition varie selon le pourcentage de C3 et C4 mais il est generalement compris entre -78 et 38‹C. 2/ Les essences Apres le depart des gaz C3 et C4, et aux alentours de 40‹C la premiere goutte de distillat liquide apparait ; lorsqufon recupere 25% du volume de brut ; jusquf{ environ 205‹C, cette fraction correspond a la fraction des essences. Il existe plusieurs types dfessences :
    - Essence carburant (normal-super) entre 40‹C et 190‹C.
    - Essences speciales et qui sont utilisees dans les industries de colles, caoutchouc, peinturesc et dans les extractions des corps gras. Ces essences correspondent a la fraction recueillie entre 135 et 205‹C.
    3/ Le petrole lampant Cfest une coupe recueillie entre 2O5 et 285‹C contenant les hydrocarbures de C10 a C14, il etait utilise comme combustible dans les lampes pour lfeclairage et cela avant 60 ans. 4/ Le carbureacteur Cfest la coupe de distillation recueillie entre 165 et 240‹C, il est utilise comme carburant pour les turboreacteurs dfavions. Cette coupe est dite aussi la coupe du kerosene.
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    6/ Les gasoils Cfest une coupe de couleur jaune pale de limites (190 a 360‹C). Le gasoil est utilise comme carburant des moteurs diesel et comme fuel-oil domestique. 7/ Les huiles lubrifiantes A 350‹C, on risque de decomposer le petrole (craquage thermique), alors on fait une distillation sous vide (a 150 mmHg) avec un chauffage de lfeau de condensation pour ne pas risquer le bouchage par solidification de lfhuile ; on recueille dans ces conditions les huiles qui sont employees comme des agents lubrifiants de moteurs, dfappareils et dfengins. 8/ Les bitumes (goudrons) Le residu de la derniere etape de distillation est appele residu sous vide, il est utilise dans les revetements des chaussees et des toits, il est appele goudron ou bitumes. III.2. Produits issus indirectement de la distillation du petrole Dfautres produits sont derives indirectement de la distillation du petrole, ces produits sont le resultat de certaines reactions lors de traitement et/ou de craquage ; on distingue :
    - La paraffine : cfest un ingredient de protection des conserves alimentaires ; il est utilise aussi dans la fabrication des bougies.
    - Le soufre : il est utilise dans lfindustrie chimique, pharmaceutique et agricole.
    - Le coke : Il est utilise dans la metallurgie et dans la fabrication des electrodes.
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    III.3. Specification des produits III.3.1. Lfessence La fraction constituant les premiers 25% du volume distillee de brut correspond { lfessence carburant recueillie entre 40 et 190‹C. Lfessence est un carburant qui ne doit pas etre trop volatil ni moins volatil pour effectuer un bon melange explosif avec lfair. Lfessence carburant se compose dfun melange dfhydrocarbures : C7, C8 et C9 il est caracterise par un indice connu sous le nom dfindice dfoctane. Lfindice dfoctane (NO) : Lfindice dfoctane ou le nombre dfoctane exprime la detonation et le bruit de lfexplosion dans le moteur ; un bon fonctionnement du moteur est obtenu avec un indice dfoctane eleve. Lfindice dfoctane prend ses valeurs entre 0 et 100. On attribue { lfisooctane un indice dfoctane egal { 100 et on attribue { lfheptane normal un indice dfoctane egal { 0. Exemple : Lfindice dfoctane de lfessence normale est de 92 tandis qufil est de 98 pour lfessence super. Le tableau ci-dessous presente quelques valeurs de lfindice dfoctane pour certains composes organiques. Tableau III.1. Indice dfoctane pour quelques composes organiques
    Compose
    n-C6
    Cycle- C6
    n-Hexene
    CH3OH
    C2H5OH
    C3H7OH
    Benzene Toluene
    NO
    26
    77
    78
    98
    99
    100
    >100
    III.3.2. Le gasoil Il est recueilli entre 190 et 360‹C lors de la distillation atmospherique du brut ; il est caracterise par sa couleur jaune pale, et il est utilise comme carburant dans les moteurs diesel a auto-allumage. La qualite du gasoil est caracterisee par un indice dit indice de Cetane
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    1/Lfindice de Cetane (NC) : Lfindice ou le nombre de cetane caracterise la qualite du gasoil. On attribue { lfHexa decane (n-C16) un indice de Cetane egal a 100 et on attribue a ƒ&#191;-methyle naphtalene un indice de Cetane egal a 0. Le tableau ci-dessous presente quelques valeurs de lfindice de Cetane pour certains composes organiques. Tableau III.2. Indice de Cetane pour quelques composes organiques
    Compose
    Benzene
    Methyle-cyclohexane
    n-Decane
    Decene
    NC
    02
    20
    77
    60
    2/ Point dfaniline Le Point dfaniline est la temperature mesuree en degre fahrenheit (‹F) { partir de laquelle un melange miscible equivolumique (5ml de gasoil+ 5ml dfaniline) commence a se separer en deux phases (demiscibilite). 3/ Index diesel Lfindex diesel est lie directement au point dfaniline et { la densite du gasoil exprimee en (‹A.P.I) par la relation : .......... ..........=.......... ..Œ...........................e (‹ ........)100 (III.1) Lfindice de cetane est lie avec lfindex diesel par une courbe donnee par les abaques :
    Index Diesel Indice de Cetane 60 55 Fig.III.1. Index diesel en fonction de lfindice de cetane
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    III.3.3. Les huiles lubrifiantes Les huiles lubrifiantes sont generalement utilisees dans les engins et les moteurs pour diminuer les frottements et refroidir les pieces metalliques. La viscosite (ƒ&#197;) de lfhuile est le facteur le plus important dans la specification des qualites de lfhuile moteur. Les huiles sont caracterisees par un indice dit Indice de viscosite (VI). Indice de viscosite (VI) : Cfest le rapport dfecart entre la viscosite de lfechantillon de lfhuile et celle de lfhuile du Gulf-coast { lfecart entre la viscosite de lfhuile du Gulf-Coast et celle de lfhuile de Pennsylvanie a une temperature de 100‹F. Lfindice de viscosite : ....(100‹..)=.... .... .100 (III.2) Les segments : .... et .... sont representes par le diagramme la figure (III.2) ou la viscosite dynamique est tracee en echelle double logarithmique en fonction de la temperature en (‹F). On peut tirer : VI =0 pour lfhuile de Gulf-Coast et VI=100 pour lfhuile de Pennsylvanie.
    V H L Huile de Gulf-Coast Huile de Pennsylvanie T (‹F) Echelle (double logarithmique) Echantillon de lfhuile 100 Fig.III.2. Diagramme de determination de lfindice de viscosite (VI) des huiles Viscosite dynamique
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    III.3.4. Le brut stabilise Le brut stabilise est un brut debarrasse de sa fraction de gaz legers associes (dissous ou libre) ; il a une densite presque constante, une salinite et un (B.S.W)* qui repondent aux exigences commerciales. Avant dfentrer dans la colonne de stabilisation pour lfelimination des gaz, le brut doit dfabord etre separe de ses impuretes (sable, argile, eau libre) qui sont eliminees par decantation dans des ballons de separation horizontaux recevant le brut a differentes pressions. Apres la separation, le brut est generalement prechauffe avant dfentrer dans les bacs dessaleurs pour se debarrasser de son emulsion de sels (cristaux ou fines gouttelettes dfeau salees). Le dessaleur electrostatique opere sous tension (14000-20000 Volts) en presence dfune quantite dfeau de lavage (eau douce) et dfun agent tensio-actif desemulsionnant qui dissous le film enrobant les cristaux de sels qui de leur tour seront dissous dans lfeau de lavage pulverisee par une vanne de melange. Les gouttelettes dfeau salees seront attirees par le champ electrostatique, et sous lfeffet de la coalescence, elles se reunirent et se decantent au fond du bac dessaleur. Apres le temps de sejour du brut dans le dessaleur (10a 20 min) ce dernier quitte lfunite de dessalage avec une salinite reduite vers la colonne de stabilisation. Apres lfelimination du sable, de lfargile, des sels et de lfeau causant la corrosion et le bouchage, le brut est stabilise dans une colonne qui elimine la fraction legere des gaz et augmente par consequent la densite du brut qui sera expedie apres refroidissement via les stations de pompage vers les raffineries ou vers lfexportation avec une salinite reduite et un (B.S.W)* acceptable. (*)(B.S.W): Basic Sediments and Water. (B.S.W) represente le pourcentage des depots solide et dfeau libre dans le brut.
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    EXERCICES Exercice/01 (Questions de cours) A/ Definir en quelques lignes: Le Bu-Pro, la recuperation assistee, lfindice dfoctane, La TVR, la stabilisation du brut. B/ Donner lfexpression des termes suivants : 154D,‹API , K(U.O.P) C/ Classer les produits suivants selon leur densite croissante : 4CH, Bitumes, Kerosene, Huile lourde, 83HC, Essence ,Gasoil , Huile legere, GPL , lfair. D/ Donner les etapes (Temperatures et produits) dfune distillation TBP. E/ Quelles sont les differences entre une distillation TBP et une distillation ASTM ? Ecrire la/ou les formule(s) developpe(es) en donnant les nom de chaque compose pour les formules globales suivantes : C4H10O, C6H12 EXERCICE 02/ Le gaz du gisement de Hassi-R'mel est constitue des composes chimiques selon le tableau suivant :
    Compose
    % molaire
    % massique
    Masse molaire (g/mol)
    N2
    5.1
    CO2
    CH4
    79.6
    C2H6
    7.4
    C3H8
    2.7
    C4H10
    1.4
    C5H12
    3.6
    Total
    100
    1- Completer le tableau.
    2- Calculer dans les conditions Normales de (P et T) la masse volumique de ce gaz
    3- Quelle sera cette masse volumique dans les conditions suivantes:
    A/ (P = 1tam, T = 25‹C)
    B/ (P = 2.5tam, T = 0‹C)
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    C/ (Conditions du gisement P = 100kg/cm2, T = 200‹C) Le melange des gaz se comporte comme un gaz parfait, R = 8.32j/mol.K = 0.082 l.atm/mol.K EXERCICE 03/ Indiquer les formules developpees pour les composes organiques ayant les formules generales suivantes en donnant le nom du compose chimique correspondant pour chaque formule: C6H12 , C5H12 , C5H12O, C5H10 . EXERCICE 04/ I-Ecrire les reactions de la combustion totale a 25‹C du benzene C6H6 et du toluene C7H8. II-Calculer le pouvoir calorifique superieur a 25‹C en Kcal/Kg pour le benzene C6H6 et pour le toluene C7H8 On donne { 25‹C : ƒ¢H Condensation(H2O) = -588 cal/Kg Le pouvoir calorifique inferieur (PCI) du benzene = 9595 cal/Kg Le pouvoir calorifique inferieur (PCI) du Toluene = 9686 cal/Kg EXERCICE 05/ Ecrire la formule developpe du Methyle 2 Butene 2 . 1Kg de Methyle 2 Butene 2 subit une Hydrogenation en presence du catalyseur correspondant - Ecrire la reaction de l'hydrogenation. - Calculer la masse du compose forme ainsi que le volume de l'hydrogene consomme dans les conditions standards (25‹C et atm). EXERCICE 06/ Completer le tableau suivant:
    T(‹C)
    25
    -273
    T(K)
    202
    130
    T(‹F)
    60
    100
    T(‹R)
    860
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    EXERCICE 07/ En vue de tracer la courbe de distillation ASTM d'un gasoil; 200ml de ce produit ont ete places dans le ballon de l'appareil de distillation ASTM, l'operation de distillation est lancee, on note chaque fois le volume de distillat recueilli et la temperature correspondante. La premiere goutte du liquide apparait a 40‹C, enfin apres avoir recueilli 180ml on remarque que la temperature n'augmente plus, et qu'il reste 5ml du gasoil dans le ballon. Les resultats sont exprimes dans le tableau suivant:
    Volume (ml)
    0
    20
    40
    60
    80
    100
    120
    140
    160
    180
    T(‹C)
    40
    60
    75
    85
    95
    100
    110
    120
    135
    180
    % distillat
    1- Etablir le bilan : (%distillat+%Residu+%Pertes) = 100% En deduire le pourcentage des pertes. 2- Completer le tableau precedent. 3- Trouver la temperature moyenne d'ebullition du gasoil si l'on admet que : Teb = (Point final+point initial)/2 4- Tracer la courbe de distillation ASTM : T = f(%Distillat). EXERCICE 08/ I- Completer le tableau suivant :
    154D
    0.808
    0.760
    Sp.Gr.(60/60‹F)
    0.9205
    1
    ‹API
    10
    II- Un brut peu paraffinique, avec une constante caracteristique Ku.o.p = 12 et une densite 15
    4 D =0.799.
    - Trouver sa densite en ‹API, quelle est sa Sp.Gr.(60/60‹F)?
    - Trouver sa temperature d'ebullition en ‹C ?
    - Quel est son poids moleculaire ?
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    EXERCICE/09 :
    Soit la reaction : C(s) + H2O (g) CO2(g) +H2(g) Calculer la chaleur de reaction a pression constante a 25‹c et a 300‹C si on donne: ƒ¢Hf ‹(H2O (g)) = -242 Kj/mol , ƒ¢Hf ‹(CH4 (g)) = -75 Kj/mol , ƒ¢Hcomb ‹(CH4 (g)) = -803.4Kj/mol. Cp( C(s)) = 8.65j/molK , Cp(H2O (g)) = 35.5j/molK , Cp(H2(g)) = 28.85j/molK, Cp(CO2 (g)) = 25.5j/molK. On accepte que la combustion du methane CH4 (g) donne duCO2(g) et de H2O (g) . EXERCICE 10/ I--/1 litre de carburant liquide a 15‹C se compose de : 300ml de C7H16 de densite 0.72 + 500ml de C8H18 de densite 0.75 + 200ml de C9H20 de densite 0.78. 1-Trouver la fraction massique, molaire et volumique de chaque compose. 2- Quelle est alors sa masse volumique a 15‹C ? 3- Ecrire la reaction de combustion totale du melange a 15‹C. 4- En deduire la relation du pouvoir calorifique de ce carburant si lfeau produite par combustion est sous forme de vapeur. 5- Ce carburant est utilise par une voiture ayant un moteur qui developpe une puissance moyenne de 6 chevaux et consomme 10litres de carburant / 100Km avec un rendement mecanique egal a 75%. 6-Trouver le travail mecanique fourni par le moteur apres 1h, lorsque la voiture roule a une vitesse moyenne de 100 Km/h. (la vitesse est supposee constante) 7- Quelle est lfenergie perdue sous forme de chaleur apres 100Km ? 8- En deduire le pouvoir calorifique inferieur /litre de ce carburant. On donne 1cheval vapeur = 736 Watts. II--/ Ce carburant est de lfessence de bonne qualite produite lors de la distillation atmospherique du petrole entre 40‹C et 190‹C.
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    Un reservoir en plastique de volume 20 litres contient 5 litres de cette essence est expose a une temperature de 77‹C, cela a cause une evaporation partielle du liquide egale a 6% de son volume initial. 1- Calculer dans cette condition la pression { lfinterieur du reservoir. 2- En deduire la pression partielle de chaque constituant du melange vapeur (on supposera que leurs pressions de vapeur { lfetat pur sont presque egales) 3- Les parois du reservoir supportent une difference de pression egale a 6 atm, est-ce que la temperature de 77‹C constitue un danger ? 4- A quelle temperature le reservoir va sfexploser si on accepte que le taux dfevaporation reste inchange ? La constante des gaz parfaits : R = 8.32j/mol.K = 0.082 l.atm/mol.K.
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    II. Petrochimie Definition La petrochimie cfest lfetude des reactions qui touchent les produits et les sous produits petroliers ainsi que les procedes de fabrication et de synthese des produits chimiques de base a partir des hydrocarbures. Chapitre. I Le craquage et la desulfuration I.1. Le craquage (cracking) Cfest la decomposition dfun hydrocarbure en deux autres hydrocarbures differents sous lfaction de la temperature et/ou dfune presence dfun catalyseur. I.1.1. Reactions
    - Paraffine (craquage) Paraffine + Olefine
    Exemple : C8H18 C4H10 + C4H8
    -Olefine (craquage) Olefine + Olefine
    Exemple : C8H16 C5H10 + C3H6
    -Naphtene (craquage) Olefine + Aromate Exemple : (Desalkylation + aromatisation)
    -Aromate (craquage) Aromate + Olefine
    Exemple : Cumene Benzene + C3H6 I.1.2. Les types de craquage I.1.2.1. Le craquage thermique Cfest le craquage qui sfeffectue { hautes temperatures.
    Exemple 1 : Gasoil (craquage) Naphta (plus legere)
    Exemple 2 : Fraction lourde (500‹C/4bars) Naphta + Gasoil
    Exemple 3 : Obtention du coke a partir par craquage du petrole naphtenique (lourd).
    R Pt Craquage + C2H4
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    I.1.2.2. Le craquage catalytique Cfest un craquage qui sfeffectue en presence du platine (Pt) comme catalyseur. Son avantage cfest qufil sfeffectue { basse temperature et ne consomme par consequent qufun peu dfenergie, en plus il aboutit { des bons rendements. En contre partie, son desavantage cfest qufil est operationnel seulement avec une alimentation desulfuree (crainte dfempoisonnement) ; en plus, une autre etape est necessaire, il sfagit de la regeneration du catalyseur par brulage { lfair. Exemple 1 : (Deshydrogenation)
    Exemple 2 : Isomerisation cyclique
    I.1.2.3. Lfhydrocraquage Cfest le craquage en presence de lfhydrogene. La presence de lfhydrogene evite la formation de gommes par polymerisation des olefines. Exemple : Production de lfessence { partir du gasoil
    Gasoil + H2 (500‹C/150bars/ NiCO/Al2O3) Essence I.2. La desulfuration Cfest lfelimination des composes soufres (H2S et mercaptans (R-S-H ;R-S-S-H ;c)) qui sont corrosifs et malodorants. Il existe plusieurs procedes de traitement : I.2.1. Traitement a la soude (NaOH) Cfest un traitement limite pour les fractions legeres (G.P.L ; Naphta ;c) car pour les radicaux : ...4 atomes de carbone, les reactions deviennent difficiles.
    Pt Craquage + H2 CH3 CH3 CH3 Pt Craquage (Plus stable)
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    (Mercaptan) + NaOH (Basses T) (Mercaptide) + H2O
    R-S-Na + NaOH (10 a 15%) R-S-Na + H2O I.2.2. Procede dfadoucissement Deux procedes dfadoucissement existent ; le procede Docteur et le procede de chlorure de cuivre. En general, le procede dfadoucissement se resume par la reaction globale suivante :
    Mercaptans + Lfoxygene Disulfures (inertes) + H2O
    2R-S-H + . O2 R-S-S-R + H2O I.2.2.1. Procede Docteur Cfest un procede semi-regeneratif car on purge chaque fois les sulfates de sodium (Na2SO4) et on ajoute le plombite de sodium (Na2PbO2) et le soufre (S).
    2R-S-H + Na2PbO2 (R-S)2-Pb + 2NaOH
    (R-S)2-Pb + S R-S-S-R + PbS
    PbS + 4NaOH + 2O2 Na2SO4 + Na2PbO2 + 2H2O
    Bilan:
    2R-S-H + S + 2O2 + 2NaOH R-S-S-R + Na2SO4 + 2H2O En resume, et pour transformer les mercaptans en disulfures inertes, on ajoute de la soude (NaOH) et du soufre (S) puis on souffle de lfoxygene (lfair). I.2.2.2. Procede de Chlorure de cuivre Cfest un procede avec regeneration du chlorure de cuivre par soufflage de lfair :
    4R-S-H + 4CuCl2 2R-S-S-R + 4CuCl + 4HCl
    Regeneration: 4CuCl + 4HCl + O2 4CuCl2 + 2H2O
    Bilan:
    4R-S-H + O2 2R-S-S-R + 2H2O
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    En resume, et pour transformer les mercaptans en disulfures inertes, on les fera passer par un lit fixe de (CuCl2) puis on souffle de lfoxygene (lfair). I.2.3. Hydrotraitement catalytique La desulfuration par lfhydrotraitement sfeffectue { haute temperature et haute pression en presence de lfhydrogene.
    R-S-H + H2 ( T et P) R-H + H2S
    R-S-S-R + 3H2 ( T et P) 2R-H + 2H2S
    I.2.3.1. Recuperation du soufre (Procede de Clauss) Le sulfure dfhydrogene (H2S) issu des reactions de desulfuration est traite selon le procede de Clauss pour proteger lfenvironnement de lfimpact de (H2S) dfune part, et de recuperer le soufre (S) de lfautre part.
    H2S + 3/2 O2 (a 200‹C) SO2 + H2O
    SO2 + 2H2S ( + Al2O3) 3S + 2H2O La desulfuration peut etre aussi effectuee par un autre procede dans une colonne dfabsorption a contre courant par une solution de mono-ethanol-amine (M.E.A) de 10 a 15% de concentration massique a basse temperature et haute pression.
    300‹C/30 bars
    Naphta
    (Sulfure)
    100m3 H2/tone de charge
    Naphta (desulfure)
    <1ppm de soufre
    + H2S
    350‹C/40 bars
    Gasoil
    (Sulfure)
    150m3 H2/tone de charge
    Gasoil (desulfure)
    <0,02% de soufre
    + H2S
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    Chapitre. II Production du methanol (CH3OH) II.1. Introduction Certains composes ou produits chimiques sont produits avec de grandes quantites dans le monde, et cela grace a leur vaste utilisation, parmi ces produits, on cite par ordre de production:
    - Lfammoniac (NH3) qui est utilise dans la fabrication des engrais.
    - Lfethylene (N2H4) qui est la base des reactions de polymerisation, il est utilise pour la fabrication des polymeres (plastique, resinesc)
    - Le methanol (CH3OH) qui est utilise comme un anti-gelant dans les carburants dfavions ; aussi comme agent dfaugmentation de lfindice dfoctane des essence comme remplacant de Pb(C2H5)4 qui est un polluant dfenvironnement ; il est aussi utilise pour produire le formaldehyde et parfois comme solvant organique aux laboratoires.
    II.2. Proprietes physiques du methanol Le methanol est lfalcool primaire le plus simple, et il a les proprietes suivantes :
    - Point dfebullition sous pression atmospherique: 64,7‹C
    - Point dfinflammabilite : +6‹C
    - Point de congelation : -97,6‹C
    - Pression de vapeur a 25‹C : 13,02 kPa
    - Masse moleculaire : 32,04 g/mol
    - Densite a 25‹C : 0,787
    II.3. Synthese de methanol 1/ A lfepoque :
    Distillation du bois 65% Methanol + 15% CH3COOCH3 + c 2/ Procede moderne : Cfest un procede qui date de 1923 illustre par Pierre Allemand (Basf).
    Gaz de lfeau (ZnO/H2CrO4) Methanol
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    II.4. Production de Methanol La charge doit etre desulfuree avant tout pour ne pas contaminer le catalyseur et eviter les reactions parasitaires.
    - Production du methanol a partir du gaz naturel 74%
    - Production du methanol a partir du Naphta 24%
    - Production du methanol a partir du residu petrolier 1%
    - Production du methanol a partir du charbon 1%
    Il existe plusieurs procedes de production de methanol :
    1- Procede a haute pression (300bars/350‹C)
    2- Procede a moyenne pression (100-250bars/250‹C)
    3- Procede a basse pression (50bars/250‹C+ catalyseur Cu non regenerable)
    II.4.1. Procede (I.C.I) a basse pression Le procede a basse pression constitue 33% des procedes mondiaux et fonde par (I.C.I) Imperial Chemical industries ; cfest un procede qui se base sur lfutilisation des catalyseurs : (Cu ; ZnO ; Al2O3). Il se resume par les quatre phases resumees par lforganigramme suivant :
    II.4.1.1. Hydrodesulfuration du Gaz Naturel et du Naphta Lfhydrodesulfuration de la charge (gaz naturel ou Naphta) sfeffectue { 350‹C en presence de lfhydrogene avec un des catalyseurs suivants : CoO ; MoO3 ; Al2O3 ; ZnO. Le resultat est une desulfuration avec une teneur en soufre (S) inferieure a 0,1ppm. Lfhydrotraitement catalytique de la charge est dej{ vu au paragraphe I.2.3.
    G.N/Naphta
    Desulfuration
    Reforming a la vapeur
    Compression+ Synthese
    Distillation
    Methanol
    CO2
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    II.4.1.2. Reforming a la vapeur Le reforming { la vapeur sfeffectue par apport de la vapeur dfeau surchauffee a 5OO‹C. La reaction de reforming sfeffectue dans un four tubulaire rempli de catalyseur Nickel sur ceramique (Ni/ Al2O3, K2O) a haute temperature (88O‹C).
    CH4 + H2O CO +3H2 ƒ¢..=+206 ..../...... Le naphta se transforme en CH4 par lfhydrocraquage avant le reformage par la vapeur selon la reaction suivante :
    CnH2n+2 + (n-1)H2 nCH4 ƒ¢..=.65 ..../...... II.4.1.3. Synthese de methanol Apres la phase de reforming a la vapeur, on injecte le gaz carbonique (CO2) suivi dfune compression { 50 bars avec chauffage { une temperature de 250‹C. Plusieurs reactions auront lieu en presence des catalyseurs : Cu/ZnO ; Al2O3 et Cu/Cr/ZnO . Reactions de synthese :
    CO + 2H2 CH3OH Ģ..=.91 ..../...... (favorisee a HP et BT)
    CO + 2H2O CO2 +H2 (equilibre du gaz de lfeau)
    CO2 + 3H2 CH3OH + H2O (favorisee a HP et BT) Reactions secondaires ou parasitaires :
    CO + 3H2 CH4 + H2O (Fisher Tropsh)
    nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O (Possible a HT en presence du Ni ;Co ;Fe)
    nCO + (2n)H2 CnH2n+1-OH + (n-1)H2O (Alcools superieurs)
    CH3OH CH3-O-CH3 + H2O (Decomposition possible a haute temperature en presence de Al2O3). II.4.1.4. Transformation de methanol en formaldehyde Le formaldehyde (HCHO) est la base de synthese et de production de plusieurs resines. Deux procedes de transformation de methanol en formaldehyde existent ; la deshydrogenation et lfoxydation catalytiques.
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    II.4.1.4.1. La deshydrogenation catalytique Elle sfeffectue { haute temperature en presence du cuivre (Cu) et de lfargent (Ag) comme catalyseurs :
    CH3OH (Cu/Ag a 700‹C) HCOH + H2 ƒ¢..>0 Cfest une reaction endothermique avec un rendement de 87,5% et une selectivite de 91%. II.4.1.4.2. Lfoxydation catalytique Elle sfeffectue { une temperature moyenne en presence de lfoxyde de fer (Fe2O3) et de lfoxyde de manganese (MnO3) comme catalyseurs et en presence dfun exces dfoxygene :
    CH3OH + . O2 (Fe2O3/ MnO3 a 350‹C) HCOH + H2O ƒ¢..<0 Lfoxydation catalytique est le procede le plus economique pour la production de formaldehyde car il demande moins dfenergie et il sfeffectue avec un rendement eleve (97%) et une bonne selectivite (93%). 1/ Absorption du formaldehyde par lfeau Le formaldehyde est absorbe dans lfeau pour donner une solution de formol (Formaldehyde+ eau) de concentration variable entre 35 et 55% selon la temperature.
    HCHO + H2O Formol (35-55%) 2/ Absorption du formaldehyde par lfuree Le formaldehyde est aussi absorbe par lfuree pour donner une solution de formuree.
    3/ Formation de la resine (Formol-Phenolique) Le formaldehyde reagit avec le phenol (Ph-OH) pour donner une resine formol-phenolique en presence de la soude caustique (NaOH) ou de lfacide sulfurique (H2SO4) :
    +
    CH2-NH-C-NH2
    OH O
    H-C-H
    O
    NH2-C-NH2
    O
    Formaldehyde
    +
    Uree
    Formuree
    Stockage
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    Cette reaction de polymerisation se poursuit en position ortho et en para. II.4.1.5. Synthese des alcools superieurs La synthese des alcools sfeffectue via deux procedes possibles : 1/Lfhydratation dfune olefine (Alcene) en presence dfun acide generalement lfacide sulfurique.
    Alcene + eau Alcool
    CnH2n + H2O CnH2n+1-OH 2/ Lfhydro-formation (synthese Oxo) pour les normaux et les iso-alcools par reaction dfune olefine avec une molecule de monoxyde de carbone (CO) et une molecule dfhydrogene (H2) en presence de lfocta-carbonyle de Cobalt (Co(CO)8) comme catalyseur pour former en premiere etape le n-Aldehyde et lfiso-Aldehyde, puis par reduction de ce dernier par une molecule dfhydrogene (H2) en presence du Nickel (Ni) comme catalyseur a 100‹C et sous une pression de 80 bars :
    R-CH2-CH2-CHO (n- Aldehyde)
    R-CH=CH2 + CO +H2 (Co(CO)8) R-CH-CH3 (iso- Aldehyde) H-C=O
    + H2 (Ni/80 bars/100‹C) R-CH2-CH2-CH2-OH (n- Alcool)
    (Reduction) R-CH-CH3 (iso- Alcool) H2C-OH
    OH
    OH
    OH
    CH2
    NaOH ou H2SO4
    x
    +
    xH2O
    X HCHO
    Phenol
    +
    Formaldehyde
    Resine : Formol-phenolique
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    Chapitre. III. Production du Polychlorure de vinyle (P.V.C) III.1. Introduction La polymerisation cfest la reaction de (n) molecules dfun compose organique a double liaison (olefine) pour donner un nouveau compose (n) fois plus lourd que le monomere de base. La polymerisation sfeffectue dans des conditions bien definis de pression et de temperature en presence dfun catalyseur generalement un peroxyde ou un per-carbonate. III.2. Production de (P.V.C) Le polychlorure de vinyle (P.V.C) est utilise dans les industries de fabrication des conduites, de lfemballage et dfautres produits plastiques. Le (P.V.C) est base sur le monomere : mono-chlorure de vinyle (M.C.V) ou aussi appele mono-chlorure de lfethylene (CH2=CH-Cl). La reaction de polymerisation sfeffectue entre lfethylene (C2H4) et le chlore (Cl2) obtenu de lfelectrolyse dfune solution de (NaCl) purifiee ; les etapes de production du (P.V.C) sont resumees par lforganigramme suivant :
    Sel de roche ou
    Saumure
    (eau tres salee)
    Purification
    (cristallisation)
    Electrolyse de NaCl
    NaClO/ NaOH/H2
    Mono-chlorure de vinyle (M.C.V)
    Cl2
    Polymerisation
    P.V.C
    C2H4
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    III.2.1. Les reactions La reaction de formation ou de synthese de mono-chlorure de vinyle sfeffectue en deux etapes :
    - La formation de di-chloro-ethane (C2H4Cl2) soit par chloration directe ou par oxy-chloration.
    - Le craquage thermique de di-chloro-ethane (C2H4Cl2).
    1/Premiere etape A/ Chloration directe :
    C2H4 + Cl2 (CuCl2/50‹C/2bars) C2H4Cl2 ƒ¢..<0 Apres cette reaction, le catalyseur (CuCl2) est suspendu sur le D.C.E (C2H4Cl2) ; on le seoare par decantation et/ou filtration. A/ Oxy-chloration : Elle sfeffectue en presence de lfoxygene (O2) et de (HCl) a 220‹C et sous 3 bars de pression en presence de (CuCl2) comme catalyseur.
    C2H4 + 2HCl + . O2 (CuCl2/220‹C/3bars) C2H4Cl2 + H2O ƒ¢..<0 1/Deuxieme etape Cfest lfetape de craquage thermique a 550‹C et sous une pression de 25 bars, ou le di-chloro-ethane (C2H4Cl2) va se transformer en mono-chlorure de vinyle (CH2=CH-Cl).
    C2H4Cl2 (550‹C/25 bars) CH2=CH-Cl + HCl ƒ¢..<0
    Bilan: C2H4 + Cl2 C2H4Cl2
    C2H4 + 2HCl + . O2 C2H4Cl2 + H2O
    2 C2H4Cl2 2CH2=CH-Cl + 2HCl
    C2H4 + Cl2 + . O2 2CH2=CH-Cl + H2O Ces reactions sont resumees par lforganigramme suivant :
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    III.2.2. La polymerisation Plusieurs molecules de monomere (CH2=CH-Cl) reagissent entre-elles sous certaines conditions de pression et de temperature et en presence dfun catalyseur qui est generalement un peroxyde (R-(CO)-O-O-(CO)-R) ou un per-carbonate (R-O-(CO)-O-O-(CO)-O-R), pour donner une grosse molecule de polymere (P.V.C).
    n(CH2=CH-Cl)
    Cl-CH-CH2---CH2-CH-Cl
    CH2
    H-C---CH2-CH-Cl Cl
    Cl2
    Chloration directe
    C2H4
    Oxy-Chloration
    D.C.E
    (C2H4Cl2)
    Craquage
    Distillation
    M.V.C
    (CH2=CH-Cl)
    HCl
    Polymerisation
    P.V.C
    Polymerisation
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    EERCICES EXERCICE 01/
    Lors dfun craquage thermique a haute temperature, 1Kg de C7H16 se decompose selon la reaction suivante : C7H16 C3H6 +A ------ (I)
    1- Completer la reaction (I) en donnant la formule brute du compose (A) ainsi que sa masse.
    2- Le Propene C3H6 issu de la reaction (I) subit une hydrogenation a haute temperature et haute pression en presence du catalyseur (NiCO/Al2O3) pour donner un compose (B).
    a- Ecrire la reaction de lfhydrogenation ------ (II)
    b- Calculer la masse du compose (B) forme.
    c- En deduire le volume (V) de lfhydrogene dans les conditions : T=500‹C, P = 5atm.
    d- Les liquides obtenus de la liquefaction des produits (A) et (B) a haute pression et basse temperature constituent un melange tres connu, qufappelle-t-on ce melange ? et quelles sont ses utilisations.
    EXERCICE 02/ Une quantite de Naphta sulfure par la presence dfun Mercaptan de formule semi developpee : (C2H5-S-H) a raison de 1% massique : (1Kg de C2H5-S-H/100Kg de Naphta) lfensemble est traite par la solution de soude caustique (NaOH) a 10% massique.
    1- Ecrire la reaction de desulfuration du Naphta.
    2- Calculer le debit massique de la solution de soude 10% necessaire si le debit circulant du Naphta est de 1000Kg/h
    3- Quel est le debit de lfeau et du Mercaptide inerte qufon doit purger ?
    Na=23g/mol , H=1g/mol , S=32g/mol , C= 12g/mol View publication stats

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