GLOSSARY
Qu’est-ce que le Raffinage du pétrole ?
Definition and categories
Le raffinage du pétrole constitue un processus industriel visant à convertir le pétrole brut en divers produits finis tels que l’essence, le fioul lourd et le naphta. En tant que mélange hétérogène d’hydrocarbures variés, le pétrole brut est inutilisable à l’état brut. Il existe plusieurs types de pétrole brut, se distinguant notamment par leur viscosité et leur teneur en soufre. Afin de rendre ces composants exploitables directement, il est nécessaire de les séparer.
Generally speaking, there are two main categories of products resulting from refining:
- Les produits énergétiques, tels que l’essence, le diesel (gazole) et le fioul.
- Non-energy products, such as lubricants, bitumen and naphtha used in petrochemicals.
Today's refining goes beyond the simple separation of hydrocarbons. Complex chemical processes are also involved to optimize the final products. Thus, the various petroleum cuts can undergo transformations, enhancements and blending to produce marketable goods and meet new environmental standards.
Technical or scientific operation
À son arrivée à la raffinerie, le pétrole brut est entreposé dans d’importants réservoirs. Les différentes variétés de pétrole brut sont stockées et séparées en fonction de leur teneur en soufre, cette dernière étant déterminante pour choisir les procédés de raffinage appropriés. Chaque unité de raffinage héberge un procédé industriel physico-chimique distinct.
Le processus de raffinage du pétrole s’articule autour de trois grandes étapes.
1) Distillation of crude oil to obtain intermediate products
La distillation du pétrole brut se décompose en deux étapes complémentaires. La première, appelée distillation atmosphérique et réalisée à pression atmosphérique, sépare les gaz, les essences, le naphta (coupes légères), le kérosène et le gazole (coupes moyennes), ainsi que les coupes lourdes. Les résidus issus de la distillation atmosphérique font l’objet d’une seconde distillation, connue sous le nom de distillation sous vide (effectuée dans une colonne dépressurisée), afin de récupérer des produits moyens supplémentaires ayant une valeur commerciale.
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- Atmospheric distillation implique la séparation des composants d’un mélange liquide en fonction de leur température d’évaporation. Le pétrole brut est introduit dans une tour de distillation de grande envergure, mesurant environ 60 mètres de hauteur sur 8 mètres de large, où il est chauffé à environ 400°C. Les divers hydrocarbures contenus dans le pétrole brut sont vaporisés successivement, commençant par les plus légers, puis les moyens, et enfin une partie des plus lourds. La température décroît progressivement le long de la tour, permettant à chaque type d’hydrocarbure de se liquéfier pour être récupéré. Les composants les plus légers sont collectés en haut de la tour, tandis que les plus lourds demeurent au fond.
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- Vacuum distillation est une opération visant à séparer, sur le même principe que la distillation atmosphérique, les produits lourds des résidus de produits moyens, en les soumettant à une seconde phase de distillation appelée « sous vide ». Une colonne de moindre taille est fermée puis dépressurisée. Cette chute de pression facilite la récupération des produits lourds, dont la température d’ébullition est abaissée. Du gazole est récupéré en haut de la colonne, et du fioul lourd à sa base. Les résidus de cette distillation sous vide sont récupérés en vue de produire des lubrifiants.
2) La transformation et l’amélioration de la qualité des coupes au sein des différentes unités de raffinage
Pour répondre à la demande croissante de produits légers sophistiqués (représentant 40% de la demande totale de produits raffinés), les différentes coupes subissent diverses transformations et améliorations au sein de plusieurs unités de raffinage. Les raffineries européennes ont dû s’ajuster à la croissance de la demande de gazole par rapport à l’essence.
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- Heavy cuts (around 40% of crude oil)
Les résidus sous vide subissent une transformation par viscoréduction ou « visbreaking ». Cette opération, effectuée en phase liquide entre 450°C et 500°C sous une pression de 5 à 20 bars, consiste en un craquage thermique permettant d’obtenir des bitumes.
Les distillats sont transformés par craquage catalytique à haute température (500°C), en présence d’un catalyseur favorisant les réactions chimiques. Ce traitement permet d’obtenir des fiouls lourds.
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- Medium cuts (around 35% of crude oil)
Le gazole léger, le gazole lourd et une partie des kérosènes sont améliorés par hydrodésulfuration, un traitement à l’hydrogène visant à réduire la teneur en soufre de la coupe de gazole.
La coupe de kérosène issue d’un brut contenant du soufre est améliorée par hydrotraitement. En présence de l’hydrogène contenu dans l’eau, de l’hydrogène sulfuré se forme, séparant ainsi le soufre de la coupe de kérosène et permettant d’obtenir du kérosène adouci. Le traitement au Mérox, par un procédé à la soude, rend inoffensif le soufre des kérosènes peu sulfurés.
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- Light cuts (between 20% and 25% of crude oil)
Les essences lourdes sont améliorées par le procédé de craquage catalytique, permettant d’obtenir des supercarburants pour automobiles (SP95, SP98, etc.).
Afin d’obtenir ces mêmes supercarburants, les essences légères subissent une amélioration par isomérisation, compensant la perte d’indice d’octane due à la réduction légale de la teneur en plomb des essences, et par alkylation, un procédé inverse du craquage conduisant à l’augmentation du nombre d’atomes de carbone d’un composé organique.
Le naphta est amélioré par hydrotraitement pour en extraire le soufre. Les gaz qu’il contient sont ensuite éliminés dans un « stabilisateur », puis séparés en deux fractions. Le naphta léger est stocké pour servir de mélange à la fabrication de carburants, et le naphta lourd alimente l’unité de reformage catalytique. La coupe de naphta hydrotraitée peut également être envoyée dans un vapocraqueur si elle est utilisée pour la pétrochimie.
Combustible gases are directed to the refinery furnace.
Le propane et le butane (GPL) ne nécessitent pas de transformation ou d’amélioration particulière.
3) Product manufacturing
Obtenus à l’aide de doseurs équipés de contrôleurs automatiques, de nouveaux mélanges sont effectués dans le but d’obtenir des produits finis conformes aux normes environnementales. Pour mener à bien cette série d’opérations, les raffineries doivent disposer d’importants volumes de stockage, d’installations pour recevoir les produits bruts et expédier les produits finis.
Par ailleurs, les raffineries produisent des lubrifiants destinés à améliorer le fonctionnement des moteurs et des machines de l’industrie, ainsi que des navires. Ces huiles et graisses sont fabriquées à partir des résidus de la distillation sous vide.
Enjeux par rapport à l’énergie
Environmental issues
Les raffineries sont responsables de l’émission de polluants et de gaz à effet de serre. Confrontés à une réglementation de plus en plus stricte, les exploitants de raffineries investissent dans des solutions visant à réduire ces émissions, comme en témoigne l’exemple de la raffinerie Esso de Fos-sur-Mer, qui a significativement diminué ses émissions d’oxydes d’azote.
Parallèlement, ces installations utilisent d’importantes quantités de substances potentiellement dangereuses pour la santé humaine et l’environnement. En France, leur classification selon la directive européenne Seveso dépend des types et des quantités de produits dangereux qu’elles manipulent. Ce classement, établi par une somme pondérée des masses de produits présentes sur le site, définit le seuil autorisé. Les impacts visuels et sonores générés par le fonctionnement d’une raffinerie sont également pris en considération.
Financial and macroeconomic issues
The refining sector faces intermittent economic difficulties, exacerbated by an imbalance between production capacity and consumption needs, particularly strong demand. The construction of new refineries is concentrated mainly in developing countries in Asia and Africa. In addition to lower local costs than those of existing refineries, these new projects benefit from significant logistical gains to meet growing domestic demand.
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