Production de surface
Définition: la production de surface pétrolière c'est tout opération liée principalement à le traitement et l'amélioration des produits pétrolière pétrolière afin d'atteindre les conditions conditions commercial.
La production de surface constitue constitue la dernière phase de l’amont pétrolier et le premier passage vers le procédé de traitement du brut. La production de surface pétrolière démarrée a partire de la tête de puits jusqu'à les bacs de stockage dans l'amont production " centre de traitement" et transporter vers l'aval l' aval production " raffinerie ".
Raffinerie "aval"
Centre de traitement "amont"
1. centre de traitement :
Figure 1: centre de traitement
1.équipement de surface:
Exposé 1
Les équipements de base en surface sont les suivants: - Une tête de puits - Un manifold de duses - Un réchauffeur ou un échangeur à vapeur " exposé 1" - Un séparateur - Un bac de stockage - " Un bassin et une torche (exposé 2) à gaz ou des brûleurs - " Un système d'arrêt d'urgence
Définition: Dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique
entre deux fluides, habituellement séparés par une paroi solide. IV-Principe de fonctionnement d’un échangeur de chaleur:
Les échangeurs, sont des équipements permettant d’abaisser,
Exposé 2:
de relever la température d’un
fluide, ou de modifier son état physique. Dans les procédés pétrochimiques, il est nécessaire de modifier la température où l‘ état
d'un fluide pour le séparer le distiller, le stocker et le transporter. Pour cela on doit lui ajouter ou lui enlever une certaine quantité de chaleur via des équipements de transfert de chaleur. ÉCHANGEUR, CONDENSEUR, RÉCHAUFFEUR .
Une torche est un instrument de sécurité relie aux unités du site qui se présente sous la forme d’un cylindre verticale. Elle permet en cas de déréglage du bruler les HC et ainsi éviter la
V-Classification des échangeurs de
surpression.
chaleurs :
Mode de torchage
Le torchage continu
Les principaux types d’échangeurs
Le torchage opérationnel
rencontrés sont les suivants :
Le torchage de démarrage
les types des torches utilisables
Le système de torche et purge fonctionne avec
à tubes : monotubes, coaxiaux ou multitubulaires ;
à plaques : à surface primaire ou à surface secondaire ;
autres types : contact direct, à caloducs ou à lit fluidisé.
les équipements suivants • Torche basse température BT ( LT ) • Torche haute pression HP ( HP ) • Torche basse pression BP ( LP )
2
2- traitement d' huile:
1- la séparation:
Dans les dispositifs mécaniques appelés "séparateurs" le gaz s'échappe des liquides et "l'eau libre" est séparée de l'huile. Ces étapes enlèvent suffisamment d'hydrocarbures légers pour Produire un pétrole brut stable. Les séparateurs peuvent être de configuration horizontale ou verticale. -
Choix des stages de séparation: selon la pression initial
Pression de séparation initial "psia" 25 - 125 125- 300 300-500 500-700
2-dessalage: But: elimination de sel
Exposé 3 dessalage/déshydratation
3
Nb des stage de séparation 1 1-2 2 2-3
2-traitement de gaz: Le gaz qui est séparé doit être comprimé et traité. La compression est généralement effectuée par des compresseurs alternatifs entraînés par le moteur. Dans les grandes installations ou dans le service d'appoint, à turbine des compresseurs centrifuges, sont utilisés. De grands compresseurs alternatifs intégraux sont également utilisés. Le traitement du gaz qui vise essentiellement à amener le gaz soutiré à répondre aux normes
du transport (point de rosée, teneur en H2S) ainsi qu'à éviter la formation d'hydrates dans le réseau de collecte lors des soutirages, regroupe les installations ci-aprés :
1-Désulfuration/adoucissement: Les procédés de désulfuration, envisageables pour traiter les gaz naturels, peuvent être regroupés en 3 familles principales rassemblées dans l'encadréci-dessous :
1-Absorption sur lit fixe non régénérable
2-Lavages par solvants
3- Adsorption sur zéolithes (tamis moléculaires) 2-Déshydratation:
( exposé 3) dessalage/déshydratation Habituellement, le gaz séparé est saturé de vapeur d'eau et doit être déshydraté à un niveau acceptable (normalement inférieur à 7 Ib / MMscf). Ceci est fait dans un déshydrateur de glycol, Le glycol sec est pompé dans la grande tour de contact verticale où il dépouille le gaz de savapeur d'eau. Le glycol humide traverse ensuite un séparate ur au grand rebouilleur(exposé5) horizontal où il est chauffé et l'eau bouillie comme de la vapeur. - les principaux procédés de déshydratation utilisés sur l'ensemble de la chaîne gazière: 1- Condensation par refroidissement 2- Adsorption/désorption sur lit fixe :-zéolithes (tamis moléculaires) - gel de silice -alumine
4
3-dégazolinage :
Exposé 4 dégazolinage
4-Odorisation et transport 5
Exposé 5 rebouilleur
il assure la vaporisation totale ou partielle d’un liquide, il vaporise une partie des produits de fonds de colonnes pour les renvoyer au fractionnement.
Les différents types de rebouilleur
On distingue deux grandes classes d’appareils. Ce sont :
Rebouilleurs à circulation naturelle
Kettle (rebouilleur à faisceau immergé)
Thermosiphon vertical
Thermosiphon horizontal
Rebouilleur interne de colonne
Rebouilleur à circulation forcée
Rebouilleur horizontal
Rebouilleur vertical
Rebouilleur à film tombant
3. traitement d'eau:
L'eau produite avec du pétrole brut peut être traité et réinjecté dans les puits injecteur.
2 - Production de surface "aval" raffinerie
6
Généralités sur le pétrol : Composition :
famille :
Caractérisation mondial de pétrol: le pétrol caractérise essentiellement par 2 propriété : -
la densité la teneur en soufre
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1-Quelques équipements:
Exposé 6 / LES colonne Les colonnes ont une forme cylindrique, leur hauteur est toujours très grande comparée à leur diamètre. Les plus utilisées sont équipées de plateaux; mais il existe aussi des colonnes à garnissage.
Donc la colonne est aussi utilisée pour les traitements de :
La distillation
La déshydratation du gaz.
la désacidification du gaz par adsorption.
le dégazolinage (procédé qui consiste à enlever les hydrocarbures lourds des gaz).
Exposé 7: les fours
Dans la plupart des unités de raffinage ou de pétrochimie l’énergie thermique requise par le procédé se fait par l’intermédiaire de fours à chauffage direct dans lesquels l’énergie produite par la combustion est transmise directement au fluide à réchauffer qui circule dans un serpentin tubulaire ou un faisceau de tubes. cela justifie l’appellation four tubulaire ou un faisceau de tubes. cela justifie l’appellation four tubulaire généralement donnée à ce type d’appareil. Selon l’effet de l’apport de chaleur au fluide de procédé, on peut distinguer :
Les fours de réchauffage de fluide sans changement d’état physique :
Des fours des unités de reformage catalytique ou d’hydrotraitement
Les fours de réchauffage de liquide avec vaporisation partielle :
Les unités de distillation(atmosphérique ou sous – vide),four de rebouillage.
Le four de réchauffage de fluide avec réaction chimique : le faisceau tubulaire du four peut alore
être assimilé à un véritable réacteur chimique. on rencontre ce type de four dans les unités de craquage thermique de distillats, viscoréduction de résidus, vapocraquage.
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reformage à la vapeur , dans ce dernier cas un catalyseur est déposé à l’intérieur même des tubes du faisceau.
Principaux types de fours : 1- Four cylindriques verticaux 2- Fours cabines à bruleurs sur la sole Fours cabines a bruleurs sur les parois
Exposé 8 / condenseur
Un condenseur est un appareil dont la fonction principale est de condenser (transformation d'un gaz en liquide) de la vapeur sur une surface froide, ou via un échangeur thermique maintenu froid par la circulation d'un fluide réfrigérant. La chaleur latente du corps est transférée dans le fluide réfrigérant, ce qui consiste en un changement de phase à température constante. Le fluide réfrigérant varie en fonction du débit de gaz ou vapeur à condenser et de la température de condensation du gaz : air, eau
Aérocondenseur :il a la méme fonction que le précédent en utilisant l’air comme fluide froid.
Il en existe deux grandes familles :
Condenseurs à fluides séparés, sans contact entre la vapeur et le fluide réfrigérant.
Condenseurs à contact direct entre le mélange de la vapeur à condenser et le fluide réfrigérant.
Le raffinage: 1- la distillation atmosphérique: exposé 9
-
on commence par chauffer le brut à une température de 380°C et pression voisine de la pression atmosphérique " a cette température le pétrol s'vaporisé on 2 parties (gaz+ liquide)" - en tête de colonne on va récupérer les molécules légères entre C1et C2 "ce mélange 9
-
constitué le fioul gas puis C3 et C4 ce mélange appelé GPL "ces molécule à destiné à usage domestique naphta: envoyer a la pétrochimique pour faire des base afin d'élaborer les matières plastiques ce naphta appelle naphta pétrochimique envoyé vers "vapocraqueur"
1- production de l'essence: -
tout fois la raffinerie ne soit pas proche a la vapocraceur dans ce cas les molécules C4 et C10 faire l'essence propriétés pour un carburent accepter en tant que essence moteur : il existe 2 grand propriété a respecter pour satisfaire la réglementation RON "indice d'octane" et la teneur en soufre
-
- pour éliminé le soufre on faire hydrotraitement
Exposé 10 hydrotraitement L'hydrotraitement est un procédé catalytique en présence d'hydrogène qui permet l'élimination de composés indésirables d'une coupe pétrolière. Les principales impuretés à éliminer sont le soufre, l'azote, l'oxygène et les composés contenant des métaux. Dans un contexte de lutte contre la pollution atmosphérique et le dérèglement climatique, l'hydrotraitement a donc un rôle i mportant à jouer, que ce soit pour la dépollution des coupes essences et diesel ou pour l'élimination des atomes d'oxygène présents dans la biomasse utilisée dans la synthèse de biocarburants.
Nom du procédé Hydrotraitement
Action Hydrogénatio n
Méthode Catalytique
But Matières premières Produits Elimination Résidus, hydrocarbures Charge de des de craquage craquage, impuretés/ distillats, saturation des lubrifiants hydrocarbures 1
Exposé 11: reformage indices d’octane des essences pourraient étre améliorés par l’incorporation d’additifs à base de plomb mais cela plus possible avec l’utilisation des potscatalytiques.
Le raffineur doit donc améliorer l’indice d’octane des essences issues des pétroles bruts. Cela a est possible en transformant les hydrocarbures à bas indice d’octane en hydrocarbures à haut i ndice d’octane. Le reformage catalytique
Les procédés de reformage catalytique permettent de convertir les naphtas lourds à faible indice d’octane en hydrocarbures aromatiques pouvant servir de matières premières pour l ’industrie pétrochimique et en constituants pour l’essence à indice d’octane élevé, appelés reformats, par réarrangement moléculaire ou déshydrogénation
Nom du Action procédé Reformage Altération/ catalytique déshydrogénati on /
Méthode Catalytique
But Amélioration du naphta à indice
Matières premières Naphta de cokéfaction/d’hydrocra
quage
d’octane bas
Produits Reformat/ aromatiqu es à indice d’octane
élevé
Exposé 12 L’isomérisation L’isomérisation permet de convertir le n-butane, le n-pentane et le n-hexane en leurs isoparaffines respectives. Certains des constituants des paraffines linéaires du naphta léger obtenu par distillation directe ont un indice d’octane peu élevé. On peut convertir ces constituants e n isomères ramifiés à indice d’octane élevé en réarrangeant les liaisons interatomiques sans changer le nombre ni le type des atomes
Nom du procédé Isomérisation
Action Réarrangemen t (conversion)
Méthode Catalytique
But Conversion d’hydrocarbures à
chaîne droite en hydrocarbures à chaîne ramifiée
Matières premières Butane, pentane, hexane
Produits Isobutane/ pentane/h exane
2- production de kérosène : Propriété demandé pour les kérosènes: -
freezing point inférieur de -47°c le soufre total inférieur de 3000 ppm mais mercaptan inférieur de 30 ppm
Traitement nécessaire : 1-HDS "hydrodésulfuration "
L’hydrodésulfuration élimine le soufre présent dans le kérosène, réduit les composés aromatiques et les caractéristiques de formation de gommes et sature les o léfines. 2- adoucissement :
2
Lors de l’adoucissement (élimination des mercaptans), on traite les composés soufrés (sulfure d’hydrogène, thiophène et mercaptans) afin d’améliorer la couleur, l’odeur et la stabilité à l’oxydation du produit et de réduire les concentrations de dioxyde de carbone dans l’essence. Certains mercaptans sont éliminés par contact avec un produit hydrosoluble (par exemple, l’acide sulfurique) avec lequel i ls réagissent. On utilise un liquide caustique (hydroxyde de sodium), des composés aminés (diéthanolamine) ou un lit fixe catalytique pour convertir les mercaptans en disulfures, d’odeur moins désagréable.
3- production de gazole: Propriété demandé pour les gazoles: teneur en soufre inférieur de 10 ppm Traitement demandé : hydrodésulfuration
4- production de fioul et bitumes: Les résidus ATM utilisé pour faire : Le fioul pour les bateaux et alimenté les central thermique et faire également les bitume pour couvrir les routes Remarque : si on arrête ici on produire : 5 à 15% de l'essence 10% de kérosène 20 à 25% de gazol 40 à 50 % de fioul et bitume !!!!!! Pour cela en crée un vide de pression et refaire la séparation:
Exposé 13 : distillation sous vide Le rendement d’une unité de distillation atmosphérique est limité. La chute de pression entraîne une baisse des températures d’ébullition des fractions, tandis que les écarts entre les températures d’ébullition augmentent.
3
Cela permet, grâce à une opération supplémentaire effectuée dans une colonne de distillation sous vide, de séparer davantage de fractions légères des produits lourds. Les résidus sous vide sont des huiles lubrifiantes qui forment les principaux produits issus de ce processus. Du bitume – utilisé, par exemple, dans la construction des routes – s’accumule au fond de la colonne de distillation sous vide. En général, le vide que requiert ce procédé est obtenu grâce à une pompe à vide à vapeur d’eau et, en aval, à des condensateurs ou à des pompes à anneau liquide.
Conditi ons de travail
Pression: environ 0,035 bar °
Température à la sortie du four: de 350 à 400 C, suivant la substance mise en oeuvre et le produit final
Craquage. Exposé 14 Les procédés de conversion, comme le craquage, la combinaison et le réarrangement, modifient la taille et la structure des molécules d’hydrocarbures et transforment ainsi les fractions en produits plus intéressants Après la distillation, d’autres procédés sont mis en œuvre pour modifier la structure moléculaire des fractions en vue d’obtenir des produits plus recherchés. L’un de ces pr océdés, le craquage, fragmente (ou coupe) les fractions plus lourdes à point d’ébullition plus élevé pour donner des produits plus utiles tels que des hydrocarbures gazeux, des essences de base, du gazole et du fioul. Durant le craquage, certaines molécules se combinent (se polymérisent) pour en former de plus grosses . Il y a essentiellement trois types de craquage, à savoir le craquage thermique, le craquage catalytique et l’hydrocraquage. 9-1 Les procédés de craquage thermique :
on chauffe du fioul léger et du pétrole lourd sous pression dans de grands ballons, jusqu’à ce qu’ils se fragmentent en molécules plus petites possédant de meilleures propriétés antidétonantes. Cette ancienne méthode, qui donnait d’importantes quantités de coke solide indésirable, a évolu é en procédés de craquage thermique modernes comprenant la viscoréduction, le craquage à la vapeur et la cokéfaction.
4
Nom du procédé Viscoréductio n Craquage Thermique =
Action
Méthode
But
Matières premières
Produits
Décompositi on
Thermique
Réduction de la viscosité
Résidus de tour de distillation atmosphérique
Distillats, goudrons
9-1-1 Le craquage à la vapeur ;
Le craquage à la vapeur produit des oléfines par c raquage thermique de grosses molécules d’hydrocarbures à des pressions légèrement supérieur es à la pression atmosphérique et à des températures très élevées. Le résidu du craquage à la vapeur est mélangé à des combustibles lourds. Le naphta produit par craquage à la vapeur contient normalement du benzène qui est extrait avant l’hydrotraitement. Nom du procédé Craquage à la vapeur
Action
Méthode
But
Matières premières
Décompositi on
Thermique
Craquage de grosses molécules
Fioul lourd/distillats de tour de distillation atmosphérique
Produits Naphta de craquage, coke, résidus
9-1-2 La cokéfaction ;
La cokéfaction est un craquage thermique poussé permettant d’obtenir de l’essence de distillation directe (naphta de cokéfaction) et divers distillats moyens qui sont envoyés dans les unités de craquage catalytique. Ce procédé réduit si complètement l’hydrogène contenu dans les molécules d’hydrocarbure que le résidu est constitué de carbone presque pur appelé coke. Les deux procédés de cokéfaction les plus courants sont la cokéfaction différée et la cokéfaction en continu (par contact ou sur lit fluidisé) qui, selon le mécanisme de réaction, la durée du procédé, la température et le brut traité, produisent trois types de coke — spongieux, alvéolaire et aciculaire Nom du procédé Cokéfaction
Action
Méthode
Polymérisatio Thermique n
But
Matières premières
Conversion des résidus sous vide
Résidus, pétrole lourd, Naphta, goudrons gazole, coke
5
Produits
9-2 Craquage catalytique.
Le craquage catalytique permet d’obtenir des molécules plus simples par fragmentation d’hydrocarbures complexes, d’améliorer ainsi la qualité et d’augmenter la quantité de produits légers plus intéressants et de diminuer la quantité de résidus. Des hydrocarbures lourds sont exposés, dans des conditions de température élevée et de basse pression,
Tous les procédés de craquage catalytique comportent trois fonctions de base:
réaction — la charge réagit avec le catalyseur et est fragmentée en différents hydrocarbures; régénération — le catalyseur est réactivé par combustion du coke;
6
fractionnement — les produits de craquage sont séparés en diverses fractions.
Nom du procédé Craquage catalytique
Action
Méthode
But
Matières premières
Altération
Catalytique
Amélioration Gazole, distillat de de l’essence coke
Produits Essence, charges pétrochim iques
Exposé 15 L’hydrocraquage
L’hydrocraquage est un procédé en deux étapes combinant le craquage catalytique et l’hydrogénation, procédé au cours duquel les produits souhaités sont obtenus par craquage de fractions distillées en présence d’hydrogène et de catalyseurs spéciaux. L’hydrocraquage présente, par rapport au craquage catalytique, l’avantage de permettre de traiter sans désulfuration préalable des charges riches en soufre Nom du procédé Hydrocraquage
Action
Méthode
But
Matières premières
Hydrogénatio n
Catalytique
Conversion en hydrocarbure s plus légers
Gazole, huile de craquage, résidus
7
Produits Produits plus légers, de meilleure qualité
Nom du procédé Action Procédés de fractionnement Séparation Distillation atmosphérique Distillation vide
sous
Séparation
Procédés de conversion — décomposition Altération Craquage catalytique Cokéfaction
Polymérisation
Méthode
But
Thermique
Séparation fractions
Thermique
Séparation sans craquage
Résidus de tour de distillation atmosphérique
Catalytique
Amélioration de l’essence
Gazole, distillat de coke
Thermique
Conversion des
Résidus,
8
des
Matières premières
Produits
Pétrole brut dessalé
Gaz, gazole, distillats, résidus Gazole, bases lubrifiants, résidus
pétrole
Essence, charges pétrochimiques lourd, Naphta, gazole,
Hydrocraquage
Reformage vapeur Craquage vapeur
Hydrogénation
Catalytique
à
la
Décomposition
à
la
Décomposition
Thermique/ catalytique Thermique
Décomposition
Thermique
Viscoréduction
Procédés de conversion — unification Combinaison Alkylation
Catalytique
Mélange de graisses
Combinaison
Thermique
Polymérisation
Polymérisation
Catalytique
Procédés de conversion — altération/réarrangement Altération/ Catalytique Reformage déshydrogénation catalytique
Réarrangement (conversion)
Isomérisation
Procédés de Traitement amines
Catalytique
résidus sous vide Conversion en hydrocarbures plus légers Production d’hydrogène Craquage de grosses molécules Réduction de la viscosité Combinaison d’oléfines et d’isoparaffines Combinaison de savons et d’huiles Combinaison de deux oléfines ou plus
goudrons
coke
Gazole, huile de craquage, résidus
Produits plus légers, de meilleure qualité Hydrogène, Gaz désulfuré, O 2 , vapeur CO,CO2 de Fioul lourd/distillats de tour Naphta craquage, coke, de distillation atmosphérique résidus Résidus de tour de Distillats, distillation atmosphérique goudrons Isobutane de tour/oléfines de craquage
Iso-octane (alkylat)
Huiles lubrifiantes, gras, alkyle-métal
Graisses lubrifiantes
acide
Oléfines de craquage
Naphta à indice d’octane élevé, charges pétrochimiques
Amélioration Naphta de du naphta à cokéfaction/d’hydrocraquage indice d’octane bas Conversion Butane, pentane, hexane d’hydrocarbures à chaîne droite en hydrocarbures à chaîne ramifiée
Reformat/arom atiques à indice d’octane élevé
Gaz et liquides d’hydrocarbure s exempts d’acide Pétrole brut dessalé Hydrocarbures adoucis et secs
Isobutane/penta ne/hexane
traitement Traitement
Absorption
Elimination des contaminants acides
Gaz acide, hydrocarbures avec CO 2 et H2S
Déshydratation
Absorption
Pétrole brut
Traitement
Absorption/ thermique
Extraction par les solvant
Absorption
Hydrodésulfuration
Traitement
Catalytique
Hydrotraitement
Hydrogénation
Catalytique
Extraction par les phénols
Extraction par les solvants
Absorption/ thermique
Elimination des contaminants Elimination de l’eau et des composés soufrés Amélioration des distillats moyens et des lubrifiants Elimination du soufre et des contaminants Elimination des impuretés/ saturation des hydrocarbures Amélioration de l’indice de viscosité et de
aux
Dessalage (prétraitement) Séchage adoucissement
Extraction furfural
et
au
9
Hydrocarbure liquide, GPL, matières premières alkylées
Huiles lourdes de recyclage et bases lubrifiants
Résidus riches soufre/gazole
en
Résidus, hydrocarbures de craquage
Bases huiles lubrifiantes
Carburant diesel et huiles lubrifiantes de haute qualité Oléfines désulfurées Charge de craquage, distillats, lubrifiants Huiles lubrifiantes de haute qualité
Désasphaltage aux solvants Déparaffinage les solvants
par
Extraction par les solvants
Adoucissement
Traitement
Absorption
la couleur des lubrifiants Elimination de l’asphalte
Résidus de tour de distillation sous vide, propane Traitement Refroidissement/ Elimination de Huiles lubrifiantes de tour de filtration la paraffine des distillation sous vide bases lubrifiants Extraction par les Absorption/ Séparation des Gazole, reformat, distillats solvants précipitation composés aromatiques non saturés Traitement Catalytique Elimination du Distillats non traités/essence H2S, conversion des mercaptans
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Huile lubrifiante lourde, bitume Bases lubrifiants déparaffinées Essence à indice d’octane élevé Distillats de haute qualité/essence
