Qu’est-ce que le craquage des hydrocarbures et pourquoi est-il si important dans l’industrie pétrolière

Le fissuration (littéralement « diviser« ) est un processus clé dans le raffinage d’hydrocarbures qui envisage de briser ses plus longues chaînes pour les transformer en produits plus légers. Le huile brute en fait c’en est un mélange complexe d’hydrocarburesqui ont des valeurs économiques différentes et ne peuvent pas toutes être utilisées, par exemple, comme sources d’énergie. Pour optimiser le rendement de pétrole brut, celui-ci doit être soumis à processus de raffinage visant à molécules distinctes d’intérêt commercial: l’un des processus clés est précisément celui de fissuration.

Qu’est-ce que le craquage des hydrocarbures

Le fissuration c’est un processus fondamental dans le raffinage des hydrocarbures, généralement mis en œuvre après la distillation fractionnée. Ce dernier sépare le pétrole brut en différentes fractions en fonction de leur densité. Grâce au craquage, il est possible d’augmenter le rendement du pétrole en brisant des chaînes plus longues d’hydrocarbures, tels que les huiles lourdes, et les transformer en produits plus légers et plus recherchés sur le marché, comme essences. Ce procédé permet donc d’optimiser l’utilisation des ressources extraites et de mieux satisfaire la demande en combustibles légers.

Le pétrole brut, en effet, est constitué d’un mélange variable de hydrocarbures simplespossédant un nombre limité d’atomes de carbone, et de les hydrocarbures complexes, qui peut contenir plus de 20 atomes de carbone. À mesure que le nombre d’atomes de carbone augmente, les molécules grandissent, donnant naissance à de longues chaînes d’hydrocarbures, qui peut être linéaire, ramifié ou cyclique. Mais en même temps, la valeur énergétique des hydrocarbures diminue à mesure que leur densité augmente et la complexité moléculaire. En effet, les composés les plus simples ont des températures d’ébullition plus basses, sont plus volatils et ils brûlent plus facilementce qui les rend idéaux comme carburants. Ceci explique pourquoi les gaz utilisés pour chauffer les habitations ou comme combustibles, ainsi que l’essence, sont composés de mélanges d’hydrocarbures avec un nombre d’atomes de carbone qui varie de 1 à 10. Des exemples de ceux-ci incluent le méthane (CH₄), Le propane (C₃H₈), Le pentane (C₅H₁₂) Et octane (C₈H₁₈). En revanche, les chaînes d’hydrocarbures plus longues ont des points d’ébullition plus élevés et une plus grande densité et sont donc moins adaptées aux applications énergétiques.

Par conséquent, pour faire de ce mélange une ressource exploitable, il est nécessaire de le soumettre à des procédés de raffinage, tels que fissuré, qui ont pour but de séparer les hydrocarbures lourds des légers et d’obtenir un rendement maximal à partir de composés économiquement intéressants.

Comment fonctionne le cracking ?

Comme mentionné, la fissuration implique la rupture des liaisons entre les atomes de carbone au sein des molécules d’hydrocarbures, conduisant à la formation de fractions plus légères. Dans l’exemple de la figure ci-dessous, la fissuration duoctane (C₈H₁₈) peut arriver avec le rupture d’une obligation CC et le réarrangement des atomes d’hydrogène, aboutissant à la formation de deux nouveaux composés distincts : lehexane (C₆H₁₄) et leéthène (également connu sous le nom d’éthylène, C₂H₄). Dans ce cas, l’éthène est une molécule insaturé, qui possède une double liaison entre deux atomes de carbone et appartient à la famille des alcènes. En revanche, l’octane et l’hexane, n’ayant que des liaisons simples entre leurs atomes de carbone, sont classés comme hydrocarbures saturésc’est-à-dire alcanes. Le processus de craquage d’un hydrocarbure génère toujours une combinaison d’au moins un composé saturé et un composé insaturé. La somme totale des atomes de carbone et d’hydrogène dans les produits craqués sera toujours égale à celle de la molécule d’origine.

Par ailleurs, il est important de souligner que la dégradation d’un hydrocarbure ça ne se passe pas toujours de la même manière. Des facteurs tels que les conditions de réaction (température, pression), le vitesse de réaction, là présence de catalyseurs et le composition initiale du mélange d’hydrocarbures influencent de manière significative le processus de craquage et ses produits.

Craquage thermique et catalytique

Au niveau industriel, il existe deux méthodes principales pour le craquage des hydrocarbures : le fissuration thermique et le craquage catalytique.

Fissuration thermique

La fissuration thermique, développée au début des années 1900, est la plus ancienne et la plus simple des deux méthodes. Ce processus implique la rupture des liaisons CC dans les hydrocarbures par exposition à températures élevéestypiquement entre 450°C et 750°Cet, dans certains cas, à des pressions pouvant atteindre jusqu’à 70 atm. Cette méthodologie est adoptée depuis un certain temps pour améliorer les fractions lourdes du kérosène et transformer les huiles lourdes en essence et diesel de plus faible densité.

Le vapocraquage est une variante de fissuration thermique caractérisée par l’utilisation de vapeur d’eau et réalisée dans des conditions de températures élevées (généralement supérieures à 850°C), en l’absence d’oxygène. La réaction est très rapide : dans les fours modernes, le temps de séjour des substances à l’intérieur peuvent être si courtes qu’elles mesuré en millisecondestout cela afin d’améliorer le rendement en composés souhaités. Il s’agit d’une technique polyvalente, applicable à une large gamme de mélanges d’hydrocarbures, tels que les combinaisons GPL, naphta, essence ou diesel.

Craquage catalytique

Le craquage catalytique c’est peut-être la méthode la plus efficace pour obtenir des alcanes légers. Dans ce processus, les chaînes d’hydrocarbures plus longues sont brisées par le chauffage. en présence d’un catalyseurune substance qui accélère la réaction et permet de fonctionner dans des conditions de température et de pression plus douces. En fait, le craquage catalytique a lieu à températures autour de 500°C. Le zéolitesdes minéraux alumisilicates composés d’aluminium, de silicium et d’oxygène, sont parmi les catalyseurs les plus couramment utilisés. Le craquage catalytique est la principale source d’hydrocarbures ayant une longueur de chaîne entre 5 et 10 atomesgénéralement utilisé dans la production d’essence.

LE’hydrocraquageégalement connu sous le nom craquage hydrogénéest une variante du craquage catalytique qui utilise des catalyseurs à base de métaux nobles tels que palladium et le platine et d’autres éléments tels que molybdèneLe tungstènecobalt et nickel. La réaction se produit dans un environnement enrichi en hydrogèneà des températures allant jusqu’à 425°C et à des pressions élevées. Outre la fragmentation des molécules d’hydrocarbures, la présence d’hydrogène favorise le développement de réactions d’hydrogénolyse qui permettent d’éliminer les éléments indésirables, tels que le soufre et l’azote, en les convertissant en gaz tels que le sulfure d’hydrogène et l’ammoniac. L’hydrocraquage permet la production d’une variété de fractions d’hydrocarbures, notamment le kérosène et le carburéacteur, le naphta et le diesel, à partir de matières premières denses telles que les gazoles lourds et les fiouls.