Jaes srl - Japan American European Solutions

Dans la colonne de distillation, le cœur d'une raffinerie de pétrole, de nombreux processus intéressants sont en cours. Le défi, il y a beaucoup de gaz mélangés. Comment les séparer ? Et bien, si l'on trouve une solution à ce problème, le mélange de pétrole brut peut être séparé en de nombreux composants utiles. Le problème délicat pour les ingénieurs est de savoir comment aborder ce défi dès le départ. Pour simplifier, supposons qu'il n'y ait que trois gaz. Une solution consiste à refroidir les gaz et à faire en sorte que la température descende jusqu'au point d'ébullition d'un seul gaz. Voilà, seul ce gaz se condensera et ce liquide peut être facilement séparé. Pour séparer le gaz suivant, on réduit simplement la température juste en dessous de son point d'ébullition et ainsi de suite. Cependant, si l'on observe de près une colonne de distillation, on ne voit aucune bobine de refroidissement. Sans ces bobines, comment les ingénieurs ont-ils condensé les gaz ? Pour comprendre cette ingénieuse conception, il faut d'abord supposer que tous les plateaux sont recouverts d'un liquide condensé. Le plus froid en haut et le plus chaud en bas. Le pétrole brut est d'abord introduit dans un four. Là, la majeure partie du liquide se vaporise. Le fluide composé principalement de vapeur et d'un peu de liquide entre maintenant dans la colonne de distillation. Supposons que le liquide du premier plateau soit maintenu à 370° C et que le fluide entrant soit à 400° Celus. Dès qu'il entre dans la colonne, la portion liquide tombe et seule la vapeur monte. Maintenant, observons de près le trajet de cette vapeur à 400° Celus. Ce type de plateau équipé d'un dispositif en forme de champignon est appelé plateau à cloche. Le gaz qui traverse ce tube doit passer à travers le liquide du plateau. Rappelons que ce liquide est à une température bien plus basse. Supposons qu'une composante du gaz et un point d'ébullition de 375° Celus. Cette composante va se condenser dans le liquide. Il en va de même pour tous les gaz ayant un point d'ébullition compris entre 370 et 400° Celus. Les gaz ayant un point d'ébullition inférieur à 370° Celus échappe à cette couche liquide et continue de monter. Là, un autre bassin liquide les attend à une température plus basse, disons 300° Celus. À nouveau, le processus se répète et tous les gaz dont les points d'ébullition se situent entre 300 et 375° Celus se condensent. C'est ainsi que les ingénieurs séparent le pétrole brut en différents composants. Une colonne de distillation réelle comporte environ 15 plateaux. Plus une molécule est lourde, plus son point d'ébullition est élevé. Cela signifie que les composants lourds du pétrole brut se trouvent en bas de la colonne et les plus légers en haut. Par exemple, on trouve l'essence dans la partie supérieure et le fioule industriel dans la partie inférieure. Tout en haut se trouve un condenseur activement refroidi, ce qui veut dire qu'une partie des gaz qui arrivent se condense et le gaz restant, ayant un très faible point d'ébullition, est récupéré comme gaz de pétrole. Malheureusement, la physique intéressante de séparation du pétrole ne se déroule pas parfaitement comme décrit. Par exemple, sur le plateau le plus bas, tous les gaz ayant un point d'ébullition supérieur à 370° Celus sont censés s'y condenser. Cependant, certaines molécules dont le point d'ébullition est supérieur à 370° Celus vont s'échapper et finir par atteindre le plateau supérieur où elle ne devrait pas être. La solution des ingénieurs consiste alors à renvoyer ce liquide vers le plateau inférieur via des tuyaux. Le plateau qui doit contenir des composants à plus haut point d'ébullition vaporise les molécules destinées au plateau supérieur et ne retient que celle nécessaire. Cette séparation se fait en continu, renvoyant constamment les liquides au bas de la colonne. Maintenant, concentrons-nous sur le résidu qui tombe au fond de la colonne. Il contient encore des produits utiles. Les fractions du résidu brouillent à des températures très élevées, parfois au-delà de 1000° Celus. Mais à ces températures, les molécules se cassent avant de bouillir. Les ingénieurs veulent tout

de même faire bouillir ces fractions mais à des température plus basse. Voici un exemple simple. L'eau boue généralement à 100° Celus. Quoi qu'il en soit, si l'on réduit la pression ambiante, elle peut bouillir à une température plus basse, même plus bas que 50° Celus. Le même principe est appliqué au résidus. En modifiant la pression dans la colonne, on peut abaisser les points d'ébullition. Ce procédé s'appelle la distillation sous-vide. On distyle ainsi le résidu en différentes fractions à des températures plus faibles sans casser les molécules. La fraction la plus légère issue de la distillation sous-vide va dans un craqueur catalytique. De la fraction suivante, on obtient de la cire et de l'huile de lubrification. La fraction la plus lourde reste liquide. On en fait de l'asphalt et du fiule industriel. Vous vous demandez peut-être comment on maintient en continu le vide dans cette colonne. C'est le rôle crucial de l'éjecteur de vapeur. Ce dispositif élimine les gaz non condensables et l'air qui s'infiltre dans la colonne. Il fonctionne selon le principe de venturer. Lorsque la vapeur à haute pression atteint la zone de constriction, sa vitesse augmente fortement. Selon le principe de Bernolé, une grande vitesse implique une basse pression. Cette zone de basse pression aspire l'air et les gaz. Maintenant ainsi la dépression dans la colonne. Vous serez surpris de savoir que la pression dans la distillation sous-vide est très faible, généralement entre 10 et 50 mm de mercure alors que la pression atmosphérique normale est de 760 mm. Une pression aussi faible nécessite des joints et systèmes d'étanchaité très performants. Voici le joint moderne issu de la technologie du graphite. Le graphoil. Le graphoil est fabriqué à partir de graphites surexpansé. Il épouse très bien les imperfections microscopiques des brides et résiste à de hautes températures. Les joints courants utilisés pour assurer l'étanchéité des raccords sont les joints spiralés. Une bande métallique en forme de V est enroulée en spirale avec un matériau flexible. Cela forme un joint résilient capable de supporter des pressions et températures élevées. Nous avons déjà vu comment l'essence est produite dans la colonne principale de distillation. Malheureusement, cette essence a un indice d'octane très faible. Si vous l'utilisiez dans une voiture, il y aurait de sérieux problèmes de détonation du moteur. Cependant, en purifiant le fuel issu des fractions les plus lourde, on peut produire une essence à plus haut indice d'octane. Mais il reste un mystère à éclaircir. Au début du processus de distillation, nous avons supposé que les plateaux étaient remplis de liquides. Comment fait-on cela ? Grâce à un procédé appelé préchargement ou prémouillage, le préchargement consiste à pomper un liquide depuis le haut de la colonne très lentement. Le liquide descend dans la colonne débordant d'un plateau à l'autre jusqu'à ce qu'ils soient tous remplis. Cela crée également la quantité de liquide nécessaire sur chaque plateau, permettant un bon contact vapeur liquide lors du fonctionnement normal. Maintenant, on peut alors introduire le pétrole brut vaporisé dans la colonne. Cela signifie aussi qu'au début, le liquide sur chaque plateau est identique. Cependant, cette situation ne dure que quelques instants. Dès que le pétrole brut vaporisé est introduit, tout commence à changer. En quelques minutes, chaque plateau contient un liquide à composition unique. Un baril de pétrole brut 159 L. Il est intéressant de noter que le volume total des produits raffinés est d'environ 170 L. Cette augmentation s'explique par le gain de traitement. Les molécules lourdes du pétrole brut sont transformées en molécules plus légères. Sur ces 170 L, on trouve environ 73 L d'essence, 43 L de diesel à très faible teneur en soufre et environ 16 L de kérosène et carburant d'aviation. Le reste est composé de petites fractions visibles dans l'illustration correspondante. C'est presque magique. À partir de ce pétrole brut, sombre et apparemment inutile, on obtient finalement des composants de grande valeur. C'est la magie de la distillation fractionnée.

JAES Learning