LEXIQUE

Qu’est-ce que le Raffinage du pétrole ?

Published

4 mois ago

15 janvier 2024

SOW

Définition et catégories

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.

De manière générale, on distingue deux grandes catégories de produits résultant du raffinage :

Les produits énergétiques, tels que l’essence, le diesel (gazole) et le fioul.
Les produits non énergétiques, tels que les lubrifiants, le bitume et les naphtas utilisés en pétrochimie.

Le raffinage contemporain va au-delà de la simple séparation des hydrocarbures. Des procédés chimiques complexes sont également impliqués pour optimiser les produits finaux. Ainsi, les diverses coupes pétrolières peuvent subir des transformations, des améliorations et des mélanges en vue de produire des marchandises commercialisables et de satisfaire aux nouvelles normes environnementales.

Fonctionnement technique ou scientifique

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 du pétrole brut pour obtenir des produits intermédiaires

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.

- La distillation atmosphérique 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.

Principe de fonctionnement d’une tour de distillation de pétrole brut

- La distillation sous vide 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.

- Coupes lourdes (environ 40% du pétrole brut)

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.

- Coupes moyennes (environ 35% du pétrole brut)

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.

- Coupes légères (entre 20 et 25% du pétrole brut)

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.

Les gaz combustibles sont dirigés vers le four de la raffinerie.

Le propane et le butane (GPL) ne nécessitent pas de transformation ou d’amélioration particulière.

3) La fabrication des produits

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.

Le raffinage permet de transformer du pétrole brut en de nombreux produits aux usages différents.

Enjeux par rapport à l’énergie

Enjeux environnementaux

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.

Enjeux financiers et macroéconomiques

Le secteur du raffinage fait face de manière intermittente à des difficultés économiques accentuées par un déséquilibre entre les capacités de production et les besoins de consommation, notamment une forte demande. La construction de nouvelles raffineries se concentre principalement dans des pays en développement en Asie et en Afrique. Outre des coûts locaux moins élevés que ceux des raffineries existantes, ces nouveaux projets bénéficient de gains logistiques importants pour répondre à une demande domestique en pleine croissance.