Distillation fractionnée

Le principal procédé de séparation des composants hydrocarbonés du pétrole brut est la distillation fractionnée. Les distillateurs de pétrole brut séparent le pétrole brut en fractions pour un traitement ultérieur dans des unités telles que des reformeurs catalytiques, des unités de craquage, des unités d’alkylation ou des cokers. À son tour, chacune de ces unités de traitement plus complexes intègre également une tour de distillation fractionnée pour séparer ses propres produits de réaction.

Les unités modernes de distillation du pétrole brut fonctionnent en continu sur de longues périodes et sont beaucoup plus grandes que les unités de distillation fractionnée utilisées dans les industries chimiques ou autres. Les taux de traitement sont généralement définis dans les barils américains; les unités capables de traiter 100 000 barils par jour sont monnaie courante, et les plus grandes unités sont capables de charger plus de 200 000 barils par jour.

Les principes de fonctionnement d’une unité de distillation de pétrole brut moderne sont illustrés sur la figure. Le pétrole brut est retiré des réservoirs de stockage à température ambiante et pompé à un débit constant à travers une série d’échangeurs de chaleur afin d’atteindre une température d’environ 120 ° C (250 ° F). Une quantité contrôlée d’eau douce est introduite et le mélange est pompé dans un tambour de dessalement, où il traverse un champ électrique et une phase d’eau salée est séparée. (Si le sel n’était pas éliminé à ce stade, il se déposerait plus tard sur les tubes du four et provoquerait un colmatage.) Le pétrole brut dessalé passe à travers des échangeurs de chaleur supplémentaires, puis à travers des tubes en alliage d’acier dans un four. Là, il est chauffé à une température comprise entre 315 et 400 ° C (600 et 750 ° F), selon le type de pétrole brut et les produits finaux souhaités. Un mélange de vapeur et d’huile non évaporée passe du four dans la colonne de fractionnement, une tour cylindrique verticale d’une hauteur de 45 mètres (150 pieds) contenant 20 à 40 plateaux de fractionnement espacés à intervalles réguliers. Les plateaux de fractionnement les plus courants sont du type tamis ou vanne. Les plateaux à tamis sont de simples plaques perforées avec de petits trous d’environ 5 à 6 mm (0,2 à 0,25 pouce) de diamètre. Les plateaux de vannes sont similaires, sauf que les perforations sont recouvertes de petits disques métalliques qui limitent l’écoulement à travers les perforations dans certaines conditions de processus.

Les vapeurs d’huile remontent à travers la colonne et sont condensées en un liquide dans un condenseur refroidi à l’eau ou à l’air au sommet de la tour. Une petite quantité de gaz reste non condensée et est acheminée dans le système carburant-gaz de la raffinerie. Une vanne de régulation de pression sur la conduite carburant-gaz maintient la pression de la colonne de fractionnement à la valeur souhaitée, généralement proche d’une pression atmosphérique standard, mesurée à environ 1 bar, 100 kilopascals (kPa) ou 15 livres par pouce carré (psi). Une partie du liquide condensé, appelé reflux, est réinjectée dans le haut de la colonne et descend de plateau en plateau, en contact avec les vapeurs montantes lorsqu’elles traversent les fentes des plateaux. Le liquide absorbe progressivement des constituants plus lourds de la vapeur et, à son tour, abandonne des constituants plus légers à la phase vapeur. La condensation et la réévaporation ont lieu sur chaque plateau. Finalement, un équilibre est atteint dans lequel il y a une gradation continue des propriétés de la température et de l’huile dans toute la colonne, avec les constituants les plus légers sur le plateau supérieur et les plus lourds sur le fond. L’utilisation de plateaux en contact avec le reflux et la vapeur-liquide distingue la distillation fractionnée des colonnes de distillation simples.

Les produits intermédiaires, ou  » filets latéraux « , sont retirés en plusieurs points de la colonne, comme le montre la figure. De plus, les unités modernes de distillation du brut utilisent des flux de reflux intermédiaires. Les trames latérales sont appelées produits intermédiaires car elles ont des propriétés entre celles du produit supérieur ou supérieur et celles des produits issus de la base de la colonne. Les plages d’ébullition typiques pour divers courants sont les suivantes: naphta linéaire léger (au-dessus), 20-95 ° C (70-200 ° F); naphta lourd (flux latéral supérieur), 90-165 ° C (195-330 ° F); kérosène brut (deuxième flux latéral), 150-245 ° C (300-475 ° F); gazole léger (troisième flux latéral), 215-315 ° C (420-600 ° F).

L’huile non évaporée entrant dans la colonne s’écoule vers le bas sur un ensemble similaire de plateaux dans la partie inférieure de la colonne, appelés plateaux de décapage, qui agissent pour éliminer les constituants légers restant dans le liquide. De la vapeur est injectée dans le fond de la colonne afin de réduire la pression partielle des hydrocarbures et d’aider à la séparation. Typiquement, un seul flux latéral est retiré de la section de décapage: du gazole lourd, avec une plage d’ébullition de 285-370 ° C (545-700 ° F). Le résidu qui passe du bas de la colonne convient au mélange dans des combustibles industriels. Alternativement, il peut être encore distillé dans des conditions de vide pour donner des quantités d’huiles distillées pour la fabrication en huiles lubrifiantes ou pour une utilisation comme charge dans un procédé de craquage de gazole.