La PtrochimieIntroduction:

Le ptrole est une nergie fossile issue de la dcomposition de matires organiques vgtales et animales qui se sont accumules au fond des ocans il y a des millions d'annes. On distingue les diffrents types de ptrole selon leur densit, leur fluidit, leur teneur en soufre et leur teneur en diffrentes classes d'hydrocarbures:les bruts prdominance paraffiniquesles bruts prdominance naphtniques les bruts prdominance aromatiques

C'est depuis la fin du XIXe sicle et plus encore au dbut du XXe sicle que le ptrole a pris toute son importance comme combustible en vue de produire de l'nergie, afin de subvenir nos besoins de plus en plus importants, puis, dans l'entre-deux-guerres, comme matire premire pour la production de multiples matires plastiques et mthode de chauffage. La consommation annuelle de ptrole s'lve x tonnes quivalent ptrole (tep).Cependant, ces ressources s'puisent et on estime une pnurie de ptrole d'ici 70 ans. Toutefois, Pour se rendre compte de l'impact que cela pourrait avoir dans notre vie quotidienne nous allons tudier en quoi le ptrole est un lment essentiel de notre vie quotidienne et moderne?

Cependant, avant de pouvoir tre utilis par l'homme il doit subir de nombreuses transformations chimiques.

I)Les transformations du ptrole

A)La distillation du ptrole

1)La distillation simpleElle consiste chauffer une solution homogne compose d'au moins deux

entits chimiques dont les tempratures d'bullition sont assez loignes afin de les sparer. En effet le constituant le plus volatil du mlange s'vapore en premier sous l'effet de la chaleur; il s'chappe ensuite dans le rfrigrant qui permet sa condensation. Le liquide ainsi obtenu pourra tre recueilli dans une prouvette gradue : on l'appelle le distillat. A l'inverse, le constituant rest dans le ballon est le moins volatil.

Schma de la distillation simple

2)La distillation fractionne

a)Colonne de Vigreux

La distillation fractionne est base sur le mme fonctionnement que la distillation simple ceci prs qu'elle permet la sparation de deux corps mlangs dont les tempratures d'bullition sont proches. Cela se fait grce la prsence de la colonne de Vigreux qui permet par condensation successive des diffrents composants une sparation plus prcise des corps prsents. En effet, la temprature diminuant le long de la colonne, les diffrents composants ne se condensent pas la mme hauteur. Cela est d la prsence de petits pics l'intrieur de la colonne qui vont gner le passage de vapeurs encore charges d'eau, donc celles-ci vont retomber dans la solution. Ces vapeurs lourdes proviennent du corps dont la temprature d'bullition est la plus leve, or celle-ci tant proche de celle de l'autre corps prsent dans la solution il est normal que ces vapeurs se crent.

Schma de la distillation fractionne laide dune colonne de vigreux

b)Colonne plateaux

La distillation l'aide d'une colonne plateaux repose sur le mme systme que la distillation grce une colonne de Vigreux cependant elle s'effectue plus grande chelle : c'est dire pour le raffinage du ptrole au niveau industriel. Cette opration se droule dans de hautes tours appeles colonne plateaux, elle comporte un grand nombre d'tages au niveau desquels s'effectuent les diffrentes distillations.

Le document ci-dessous indique la disposition des diffrents plateaux : la vapeur provenant du plateaux infrieur se mlange au liquide du plateaux centrale. Ce faisant , elle s'appauvrit en constituants les moins volatils et s'enrichit en constituant les plus volatiles. La vapeur mise par le liquide du plateau central s'lve alors vers le plateau suprieur o un phnomne semblable lieu, tandis que le surplus de liquide du plateau central est rejet vers le plateau infrieur.

Lorsque le rgime permanent est tabli, la temprature de chaque plateau est constante et d'autant plus basse que le plateau est plac plus haut dans la colonne. Celle-ci est parcourue par un flux ascendant de vapeur et descendant de liquide. De ce fait, les produits les plus volatils sont recueillis en haut de la colonne et les moins volatils en bas.

Schma dune colonne plateaux

3)La distillation du ptrole brutLe raffinage du ptrole brut a pour but de sparer et d'amliorer les diffrents

produits ptroliers pour rpondre aux besoins industriels et domestiques. Une premire tape essentielle du raffinage est la distillation fractionne qui s'effectue en trois temps : la premire tape est la distillation atmosphrique. Ensuite les constituants les moins volatils subiront une distillation sous pression rduite. Alors que les constituants les moins volatils, eux, subiront une distillation sous pression leve.

a)La distillation atmosphrique

Comme son nom l'indique, cette distillation s'effectue sous une pression atmosphrique c'est dire d' un Bar. Elle se produit dans une tour de distillation atteignant entre 50 et 60 mtres de haut pour 7 mtres de diamtre et comporte environ 50 plateaux de fractionnement. Une telle installation permet le traitement de jusqu' 30 000 tonnes de ptrole par jour. Pour se faire, on introduit dans la colonne du ptrole brut une temprature de 380C. Grce cette distillation, on rcupre les produits suivants : A moins de 40C : les gaz et les essences qui seront ensuite spars grce la distillation sous pression leve.Entre 40 et 180C : le naphta.Entre 180 et 230C : les krosnes et les ptroles lampants.Entre 230 et 360C : le gazole atmosphrique.A plus de 360C : les produits lourds qui vont quitter la colonne par le bas pour subir un distillation sous pression rduite.

b)La distillation sous pression rduite

Ensuite les produits lourds vont tre traits et spars grce une distillation sous pression rduite (0,1 bar). Cette diminution de la pression va permettre

d'abaisser leur temprature d'bullition initialement 400C pour viter qu'ils ne se dgradent.

Cette distillation sous vide donne 4 catgories principales de produits :Les produits craquerLes bases pour lubrifiantsLes fiouls lourdsLes paraffines.

c)La distillation sous pression leve

Les produits issus de la distillation atmosphrique les plus volatils (les gaz et les essences) vont subir une distillation sous pression leve afin de les diffrencier. Pour sparer les constituants ayant des tempratures d'bullition basses et trs voisines, on augmente la pression lors de la distillation; ainsi leur temprature d'bullition est plus leve et plus distincte.

On obtient donc aprs cette distillation des essences telles que:Le mthane et le propanedes naphtas (thers de ptrole, essence lourde).

B)Le craquage et le reformage catalytiqueSi la distillation du ptrole brut permet de sparer les hydrocarbures qu'il

contient, les diffrentes fractions rcupres ne sont pas toujours directement utilisables. Il faut donc procder des transformations et sparations complmentaires qui consiste raccourcir, ramifier, cycliser et dshydrogner les chanes carbones.

1)Le craquageL'opration qui consiste casser les chanes carbones des hydrocarbures

pour obtenir des produits plus lgers est le craquage. On distingue divers procds, qui prsentent tous des avantages et des inconvnients .

a)Le craquage thermique

Le procd de craquage thermique fut dvelopp dans le but d'accrotre le rendement de la distillation. Avec ce procd, les portions les plus lourdes du ptrole brut sont chauffes sous pression et des tempratures plus leves (jusqu' 800C). Cela entrane le fractionnement des grosses molcules d'hydrocarbures en molcules plus petites et accrot le rendement en essence partir d'un baril de ptrole brut. L'efficacit de ce procd est toutefois limite car, aux tempratures et pressions leves qui sont utilises, une grande quantit de coke se dpose dans les racteurs. Cela rend ncessaire l'augmentation des tempratures et des pressions pour craquer le ptrole brut. Un procd de cokfaction a t invent qui permet une recirculation des fluides; ce procd fonctionne plus longtemps, avec une formation de coke plus faible.

b)Le craquage catalytique

Le craquage catalytique s'effectue 500C, il est donc moins coteux en

nergie, et l'aide d'un catalyseur (substance qui dclenche la raction par sa prsence). Il consiste galement "casser" en petites molcules les produits lourds afin d'obtenir des produits lgers tels que :- des gaz (le butne pas exemple) - de l'essence- du gazole.

Grce ce craquage, on amliore la qualit de l'essence, on obtient des caractristiques suprieures (carburant pour moteurs antidtonation et produits chimiques particuliers). De plus, il permet un meilleur contrle de la transformation des produits obtenus.

Schma du craquage catalytique

c)Le vapocraquage

Le vapocraquage est similaire au craquage catalytique : par chauffage il permet d'obtenir des molcules plus petites. Il est ralis en prsence de vapeurs d'eau qui diluent les hydrocarbures pour viter les ractions parasites aboutissant, par exemple, la formation de goudrons ou de cokes; comme pour le craquage thermique.

2)Le reformage catalytiqueComme nous l'avons vu prcdemment, les ptroles bruts ont des

compositions diffrentes et leur distillation donne une grande diversit de produits qui en correspondent pas toujours aux besoins du march. Ainsi les essences de distillation qui ont un indice d'octane variant de 40 50 ne sont pas directement utilisables comme carburants. Il faut modifier la structure de certaines de leurs molcules pour obtenir des essences au pouvoir anti-dtonnant plus lev : c'est le rle du reformage catalytique. Il comporte 3 oprations.

a)L'isomrisation

Les distillats lgers dont le point d'bullition est infrieur 80C ne sont pas directement transformables par le reformage catalytique car leurs molcules contiennent moins de six atomes de carbone, seuil des hydrocarbures aromatiques. Il s'avre donc ncessaire d'amliorer leur indice d'octane. Pour cela, il faut faire appel au procd d'isomrisation qui transforme les hydrocarbures paraffiniques chane droite en hydrocarbures paraffiniques ramifis dont l'indice d'octane est meilleur. L'opration s'effectue avec des produits sous forme liquide ou gazeuse, entre 20 et 70 bars, une temprature de 120 200C, en prsence d'hydrogne pour viter les ractions parasites de craquage, et avec comme catalyseur un mtal noble activ par de l'acide chlorhydrique.

Exemple disomrisation

b)La cyclisation

La cyclisation fournie, par dshydrognation, des cyclanes partir des alcanes linaires ayant le mme nombre d'atomes de carbones.

Exemple de cyclisation

c)La dshydrocyclisation

Elle consiste transformer des alcanes linaires en composs aromatiques par dshydrognation et formation de cycles.Ces ractions s'effectuent une temprature de l'ordre de 500C, sous une pression comprise entre 15 et 30 bars, et en prsence d'un catalyseur. La nature et la composition du catalyseur dpendent de la charge traite et des produits qu'on souhaite obtenir prfrentiellement. Il s'agit gnralement de platine dpos sur de l'alumine.

On obtient ainsi un mlange de produit dont 80% constituent l'essence de reformage. Celui-ci est un excellent constituant pour les carburants, mais aussi grce sa teneur en composs aromatiques.

Exemple de dshydrocyclisation

Aprs avoir subi toutes ces transformations, le ptrole peut enfin tre utilis comme produit usage courant ou industriel : ce qui en fait sa grande diversit d'utilisation. C'est pourquoi nous allons tudier les diffrentes applications du ptrole dans les milieux industriel et de notre vie quotidienne.

II)Les produits obtenus et leurs utilisations

A)L'utilisation dans notre vie quotidienne

Le ptrole occupe indniablement une place prpondrante dans la vie courante

1)Des utilisations videntes... Nota Bene : les chiffres donns s'appliquent uniquement la France mtropolitaine.

Nous pouvons voir clairement les utilisations du ptrole dans la vie courante. Tout d'abord, la consommation d'essence qui constitue elle seule 24% de l'utilisation du ptrole. Celle-ci provient de la distillation sous pression puis du reformage catalytique du naphta lui-mme issu de la distillation atmosphrique du ptrole. Son indice d'octane a t port a 95 (Sans Plomb 95) ou 98 (Sans Plomb 98 ou Super) suivant les besoins du moteur.

Une autre utilisation vidente du ptrole est l'usage du fioul domestique qui reprsente 28% de la consommation des drivs du ptrole. Leur forme est celle du ptrole brut : en effet, ils n'ont subi qu'une distillation atmosphrique.

2)...d'autres plus implicites

Le ptrole offre des possibilits dont nous ignorons bien souvent l'existence malgr qu'elles soient des plus utiles.

Par exemple, le ptrole peut donner, aprs une distillation atmosphrique puis sous pression rduite, du butane et du propane servant pour les plaques chauffantes de cuisine et les camping gaz.

De plus, le ptrole est aussi la base des produits mnagers tels que le white spirit, les dtergents, et les solvants lgers obtenus aprs distillation atmosphrique puis sous pression leve. Ils appartiennent la catgorie des naphtas.

Nous retrouvons aussi des traces de ptrole dans les teintures, certains tissus, les emballages, les produits pharmaceutiques, les cosmtiques ou encore les impermabilisants.

Le ptrole peut aussi donner des huiles aprs avoir subi une distillation atmosphrique puis une distillation sous vide qui peuvent servir comme cirages pour parquets ou chaussures.

Mais l'utilisation la plus essentielle du ptrole est srement sa transformation en plastique. En effet celui-ci est obtenu aprs polymrisation des hydrocarbures lgers eux-mmes obtenus aprs distillation atmosphrique du ptrole brut puis distillation sous pression rduite. On le retrouve sous plusieurs formes comme le PVC, le polystyrne, le silicone, le caoutchouc, le polyester... Ses multiples usages ne se comptent plus : bouteilles, sacs plastiques, ballons, voitures, tlvisions, ordinateurs, sols, pneumatiques, emballages alimentaires...et tous les objets en plastique de la vie courante!

La diversit du ptrole est donc impressionnante mais nous n'avons encore dcouvert qu'un infime partie de son utilit.

B)Les usages dans le milieu industriel et publique

1)Dans les transports

Le ptrole est beaucoup utilis pour les transports en communs. D'une part, pour les avions qui utilisent le krosne forte quantit; celui-ci est obtenu grce la distillation atmosphrique du ptrole. D'autre part pour les transports urbains qui utilisent le gazole obtenu de manire similaire. Rcemment un autre carburant cette fois qualifi de vert le diester a fait son apparition. Ce carburant destin principalement au poids lourd et autres vhicules utilitaires est compos 70% de ptrole, le reste tant issu des vgtaux. De plus, le fioul lourd qui est utilis dans le domaine des transports maritimes est obtenu aprs distillation atmosphrique puis sous pression rduite .

2)Dans les usines et les entreprises

Dans le milieu industriel, le ptrole, et surtout ses drivs, sont normment utiliss.

Au niveau agricole, le ptrole est un constituant des pesticides. Pour ce faire, il a subi une distillation atmosphrique puis une distillation basse pression.

De plus, dans les usines de transformations, le fioul lourd issu de la distillation atmosphrique du ptrole est utilis pour le chauffage des produits modifier tel que l'acier dans les usines sidrurgiques ou encore le plastique dans les usines de matires plastiques.

Dans les entreprises de dmolition et dans l'arme , le ptrole est utilis sous la forme de C4 comme explosif puissant.

Nous retrouvons aussi des traces de ptrole dans les solvants des encres d'imprimerie, utiliss dans le monde de la presse.

De plus, les socits de construction utilisent des produits issus de la transformation du ptrole tels que les peintures, les colles puissantes et les isolants.

Le ptrole peut aussi donner des huiles aprs avoir subi une distillation atmosphrique puis une distillation sous vide. Ces huiles peuvent servir pour le graissage des moteurs, comme lubrifiants dans les garages automobiles.

En outre, le ptrole sert construire les carrosseries de certaines voitures anciennes ainsi que dans le milieu des courses automobiles.

Schma bilan

Conclusion : Pour conclure, nous pouvons dire que le ptrole est un lment essentiel de

notre vie quotidienne car il est la base de la cration de multiples produits qui nous sont essentiels; cependant celui-ci doit subir plusieurs transformations importantes afin de convenir nos besoins de plus en plus importants. Toutefois, le ptrole doit tre utilis modrment car c'est une nergie qui prend des centaines de millions d'annes se renouveler et qui est en voie de disparition. De plus, il met des gaz toxiques qui favorisent l'effet de serre. Pour toutes ces raisons, nous serons amens dans un futur relativement proche dcouvrir des nergies de compensation qui offrent une diversit d'utilisation aussi importante que celle du ptrole.

Schma de la distillation simpleSchma de la distillation fractionne laide dune colonne de vigreuxSchma dune colonne plateauxExemple de dshydrocyclisation