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Une fois le pétrole extrait d'un gisement, il est traité avec des produits
chimiques et à la chaleur pour en extraire l'eau et les solides. Le gaz naturel
est séparé. Le pétrole est ensuite stocké dans un réservoir, ou une batterie de
réservoirs, puis par la suite transporté vers les raffineries par route, rail,
péniche ou oléoduc. Les grands champs pétroliers ont tous des accès directs aux
principaux oléoducs.
Raffinerie
Distillation de Base :
L'unité de base du raffinage est l'unité de distillation. Aux États-Unis, après
la guerre de Sécession, plus de cent raffineries étaient déjà en fonctionnement.
Le pétrole brut commence à se vaporiser à une température un peu inférieure à
celle de l'ébullition de l'eau. Les hydrocarbures ayant le poids moléculaire le
plus bas se vaporisent aux températures les plus basses, alors que des
températures plus élevées sont nécessaires pour distiller les molécules plus
importantes. La première composante à se distiller est la fraction d'essence,
suivie par le naphte et le kérosène. Les lubrifiants et les mazouts étaient
obtenus à partir des couches supérieures et les paraffines et l'asphalte à
partir des couches inférieures de l'appareil de distillation. À la fin du XIXe
siècle, les fractions d'essence et de naphte furent considérées comme une
nuisance car elles ne répondaient pas à un besoin important, et la demande de
kérosène commença également à décroître du fait de la production de plus en plus
importante d'électricité et de l'utilisation de lampes électriques. Toutefois,
l'apparition de l'automobile créa brutalement des besoins et il fallu rapidement
trouver les sources d'approvisionnement en conséquence.
Craquage thermique :
Le procédé de craquage thermique fut développé en vue d'accroître le rendement
de la distillation. Avec ce procédé, les portions les plus lourdes du pétrole
brut étaient chauffées sous pression et à des températures plus élevées. Cela
entraîna le fractionnement des grosses molécules d'hydrocarbures en molécules
plus petites et le rendement en essence à partir d'un baril de pétrole brut en
fut accrû. L'efficacité de ce procédé était toutefois limitée car, aux
températures et pressions élevées qui étaient utilisées, une grande quantité de
coke se déposait dans les réacteurs. Cela rendait alors nécessaire des
températures et des pressions encore plus élevées pour craquer le pétrole brut.
Un procédé de cokéfaction fut alors inventé, dans lequel les fluides étaient
soumis à une recirculation; ce procédé fonctionnait bien plus longtemps, avec
une bien moindre formation de coke. Plusieurs raffineurs adoptèrent rapidement
le procédé de craquage thermique.
Alkylation et craquage catalytique :
Deux procédés supplémentaires, l'alkylation et le craquage catalytique, furent
introduits dans les années 1930; ils permirent d'accroître encore le rendement
en essence à partir d'un baril de pétrole brut. Avec l'alkylation, les petites
molécules produites par craquage thermique sont recombinées en présence d'un
catalyseur. Cela produit des molécules ramifiées dans le domaine d'ébullition de
l'essence qui présentent des caractéristiques supérieures (par exemple, des
caractéristiques anti-détonantes) pour un carburant destiné à des moteurs à haut
rendement tels que ceux utilisés aujourd'hui dans les avions de ligne.
Dans le procédé catalytique, le pétrole brut est craqué en présence d'un
catalyseur finement divisé. Cela permet au raffineur de produire plusieurs types
d'hydrocarbures qui peuvent ensuite être recombinés par alkylation,
isomérisation et reformation catalytique pour produire des carburants pour
moteurs antidétonation et des produits chimiques particuliers. La production de
ces produits chimiques a donné naissance à une gigantesque industrie
pétrochimique, qui fabrique des alcools, des détergents, du caoutchouc
synthétique, des glycérines, des engrais, du soufre, des solvants ainsi que les
substrats destinés à la fabrication de médicaments, du nylon, des plastiques,
des peintures, des polyesters, des additifs alimentaires, des explosifs, des
teintures et des matériaux isolants.
Chaîne de raffinage
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