Simulation d'une unité d'isomérisation de l'essence par Aspentech HYSYS

Résumé du document

Depuis sa découverte en 1859, le pétrole est devenu la source d'énergie la plus importante sur la planète en remplaçant, dans plusieurs cas, l'utilisation du charbon.
Vu les différentes conditions de formations du pétrole d'un pays à un autre, la composition du pétrole brut n'est pas toujours la même, certains sont riches en produits légers (brut Tunisien, brut Libyen...) et d'autres sont riches en composés plus lourds (Arabie Saoudite, Venezuela...).
Les produits issus du pétrole brut sont de plus en plus variés, des carburants aux combustibles et des matières plastiques aux tissus.
Chaque produit issu du pétrole admet des paramètres qui donnent une idée sur la qualité de ce produit. Pour les essences, le paramètre de qualité de ces carburants est l'indice d'octane. Plus l'indice d'octane est élevé, plus la qualité de l'essence est meilleure.
Pour augmenter la qualité de l'essence, de nombreuses recherches ont été effectuées et des additifs d'amélioration de l'indice d'octane ont été inventés. Les additifs les plus importants étaient le tetraéthyle de plomb et le tetreméthyle de plomb. Ces additifs peuvent augmenter l'indice d'octane de 5 points pour chaque 0.5 g ajouté à un litre d'essence.
Très efficaces et peu couteuse, l'utilisation de ces additifs a énormément augmenter mais cette augmentation avait des conséquences graves sur l'environnement et la biodiversité.
Les gaz échappés des véhicules à essences avec additifs de plomb contenait alors une forte dose de ce métal lourd. La végétation, les ressources hydrauliques ainsi que les animaux et par suite l'être humain sont donc de plus en plus menacé par ce poison. Pour cette raison, les législations ont limité l'utilisation de produits de plomb par des teneurs à ne pas dépasser. Ces teneurs varient d'un pays à un autre, par exemple, en Tunisie elles sont fixées à 0.02 g/L.
Après cette limitation de l'utilisation du plomb pour améliorer la qualité de l'essence, des nouvelles méthodes plus « propres » ont été mises en place. Parmi ces méthodes on cite le reformage catalytique et l'isomérisation des paraffines qui agissent sur la composition propre de l'essence sans ajout d'additifs externes.
Dans cette étude, on va mettre en place une unité qui va servir à augmenter l'indice d'octane de l'essence en utilisant l'une des deux méthodes citées ci-avant, c'est l'isomérisation des paraffines (...)

Extraits

[...] Figure Colonne à plateaux perforés La colonne pulsée : dans laquelle on provoque un mouvement alternatif des fluides par rapport aux plateaux. Dans les colonnes de petite taille, on monte parfois des plateaux sur un axe animé d'un mouvement de va-et-vient. Industriellement, les internes sont fixes mais on provoque normalement les pulsations des phases liquides à l'aide d'un piston, en déplacement alternatif, monté sur le circuit de la phase continue.[3] Figure Colonne pulsée à plateaux Les plateaux d'une colonne ont pour objectif de mettre en contact le liquide, qui redescend par gravité, avec la vapeur qui monte. [...]

[...] A chaque extrémité sont fixées des boites de distribution qui assurent la circulation du fluide à l''intérieur du faisceau en plusieurs passe. Le faisceau est logé dans une calandre, munie de tubulures d'entrée et de sortie pour le second fluide qui circule à l'extérieur des tubes suivant le chemin imposé par les chicanes.[9] Figure 25 : Echangeur à plaque tubulaire fixe. 4. Les fours industriels Les fours sont des appareils dans lesquels le chauffage des fluides s'effectue par les fumées produites par la combustion d'un combustible liquide ou gazeux. [...]

[...] D'autres contaminants sont présents dans le brut ; il s'agit de sédiments minéraux, de rouille, voire même de sulfures de fer. L'inconvénient majeur de ces contaminants est qu'ils peuvent générer des émulsions stables très difficiles (parfois) à rompre. Un mauvais dessalage conduit à l'obtention de résidus atmosphériques chargés en sodium. Par ailleurs, les catalyseurs du craquage catalytique sont rapidement empoisonnés. 3. Mécanisme du dessalage Pour éliminer toutes les impuretés que nous venons d'évoquer, on lave le brut à l'eau et on sépare l'eau de lavage par dessalage électrostatique. [...]

[...] Ils alimentent alors un absorbeur à reflux, en tête duquel l'essence est ajoutée. Le propane et les butanes contenus dans les gaz sont absorbés dans l'essence qui sort en fond de l'absorbeur. Ce flux, mélangé aux différentes essences non stabilisées de la raffinerie, (essence totale de la distillation atmosphérique, essences des unités d'hydrotraitement mais aussi GPL du reformage catalytique), constitue l'alimentation de tête d'un strippeur rebouilli. Les vapeurs de tête de ce strippeur retournent à l'absorbeur ; le fond constitué par des essences riches en propane et butane, mais exempt des composés plus volatils, alimente une séquence de colonnes, débutaniseur, dépropaniseur et splitteur d'essences, où sont récupérées les différentes fractions de la même façon que dans le schéma classique.[1] 2. [...]

[...] Ensuite la courbe de l'indication du knockmeter en fonction de l'indice d'octane est tracée et la valeur précise de l'indice d'octane de l'essence est trouvée par interpolation linéaire. La méthode CFR utilise deux conditions qui diffèrent par la vitesse de rotation du moteur et par la température du mélange introduit. Méthode recherche RON : Vitesse de rotation 600 tours/mn Température du mélange introduit : température ambiante Méthode moteur MON : Vitesse de rotation 900 tours/mn Température du mélange 150°C La différence RON-MON s'appelle sensibilité du carburant, c'est une spécification de l'essence, elle doit être faible Réactions d'isomérisation La réaction d'isomérisation permet de transformer les paraffines normales à 5 et 6 atomes de carbone, présentant de faibles indices d'octane, en iso- paraffines présentant des indices d'octane plus élevés. [...]