Ibrahim Younouss Wakai
Transcript of Ibrahim Younouss Wakai
UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculte des Sciences et de la Technologie
et des Sciences de la Matière
Département de Génie des procédés
Mémoire
MASTER ACADEMIQUE
Domaine : Sciences et Techniques
Filière : Génie des procédés
Spécialité : Raffinage et technologie des hydrocarbures
Presenté par : Ibrahim Younouss Wakai
Thème
Soutenu le 16/06/2012
Devant le jury composé de:
Mr. BOUKESSANI MA Examinateur
Mr. D SID ROUHOU MA Examinateur
Mr. M KORICHI MC Rapporteur
2011-2012
Développement des corrélations pour le calcul des
propriétés du pétrole et de ses fractions
N° d’ordre : N° de série :
Résumé :
Le présent travail s’articule autour de la thématique de l’évaluation des propriétés de produits
pétroliers liquides.
Cette évaluation se fait au moyen d’un développement de corrélations basé sur de données
expérimentales, par lesquelles ce développement des corrélations détermine à priori la
spécifique gravité, car la connaissance de cette dernière permettra de corréler les plupart des
autres propriétés d’un produit.
Pour évaluer un produit, le développement des corrélations dispose des deux méthodes de
détermination de la spécifique gravité : une par calcul direct qui se fait au moyen des
équations issues de la régression linéaire, et l’autre assistée par un logiciel, précisément celui
de HYSYS pour la corrélation de la spécifique gravité.
Mots clés : développement des corrélations, Spécifique gravité, Logiciel HYSYS, XLSTAT,
et Propriétés.
Abstract :
This work is articulated around the evaluation of the oil fuel properties.
This evaluation is done by means of a development of correlations based on experimental
data, by which this development of the correlations determines a priori specific gravity,
because the knowledge of the latter will make it possible to correlate the majority of the other
properties of a product.
To evaluate a product, the development of the correlations has the two methods of
determination of specific gravity:one by direct calculation which is done by means of the
equations resulting from the linear regression, and the other assisted by a software, precisely
that of HYSYS for the correlation of specific gravity.
Key words: development of the correlations, Specific gravity, Software HYSYS, XLSTAT,
and Properties.
I
Sommaire I
Liste des figures & Liste des tableaux III
Nomenclature IV
Introduction générale 1
Chapitre I : Généralité bibliographique
I-1 Introduction 3
I-2 Différent types des hydrocarbures pétroliers 3
I-3 Principales propriétés du pétrole 4
I-3-1 Densité 4
I-3-2 Masse moléculaire 5
I-3-3 Tension de vapeur 5
I-3-4 Point d’éclair 6
I-3-5 Point d’écoulement ou de congélation 7
I-3-6 Viscosité 8
I-3-6-1 Viscosité dynamique 8
I-3-6-2 Viscosité cinématique 9
I-4 La méthode de développement des corrélations 10
I-4-1 Distillation ASTM 11
I-4-2 Distillation TBP de pétrole brut 12
I-5 Conclusion 13
Chapitre II : Modélisation et Application
II-1 Introduction 14
II-2 Méthodologie 14
II-2-1 Modélisation 14
II-2-1-1 Base de données 14
II-2-2 Méthode de calcul direct 15
II-2-2-1 Vérification de la régression d’Albahri 16
II-2-2-2 La régression sur le pétrole de RHM2 18
II-2-2-2-1 Les données expérimentales 18
II-2-3 Méthode de détermination par logiciel 21
II-2-3-1 Méthodologie de la corrélation par Hysys 21
II-2-3-1-1 Les étapes à suivre 21
II-3 Conclusion 22
II
Chapitre III : Résultats et discussions
III-1 Introduction 23
III-2 Résultats de SG à partir de la méthode de calcul direct 23
III-2-1 Résultats de SG des fractions de RHM2 23
III-2-2 les résultats de SG du brut de RHM2 25
III-3 Résultats de SG à partir de la simulation par logiciel 26
III-3-1 Résultats de SG des fractions à partir du logiciel HYSYS 26
III-3-2 Résultats de SG du brut à partir du logiciel HYSYS 28
III-4 Discussion sur les résultats des deux méthodes utilisées 29
III-5 Détermination des autres propriétés par la SG et/ou température
d’ébullition
30
III-6 Conclusion 31
Conclusion générale 32
Recommandation 32
Références bibliographique 33
Annexe 34
III
Figure Titre de la figure Page
I-1 Dispositif de mesure de pression de vapeur REID 6
I-2 Dispositif de mesure de point d’éclair 7
I-3 Schéma du diagramme de développement de corrélation 10
I-4 Dispositif et courbe de la distillation ASTM 11
I-5 Dispositif de la distillation TBP 12
II-1 Fenêtre du logiciel HYSYS 21
II-2 L’espace de la corrélation HYSYS 22
III-1 Coefficient de corrélation du modèle 12 25
III-2 Coefficient de corrélation du modèle 13 25
Tableau Titre de tableau Page
I-1 Quelques valeurs de viscosité dynamique des produits usuels 8
II-1 Comparaison des régressions 17
II-2 Régression en fonction des nombres d’échantillon 17
II-3 Données de la distillation ASTM D86 des fractions de RHM2 18
II-4 Données de la distillation TBP du brut de RHM2 19
III-1 Les résultats de SG des fractions pétrolières de RHM2 par calcul direct
24
III-2 Les résultats de SG pour le brut de RHM2 par calcul direct 26
III-3
Résultats de SG des fractions pétrolières de RHM2 par la méthode
HYSYS 27
III-4 Résultats de SG du brut de RHM2 par HYSYS 28
Liste des tableaux
Liste des figures
IV
Nomenclature
API American petroleum Institute
ASTM American Society for testing Materials --
d15
4 Densité à 15°C par rapport à l’état standard de l’eau
à 4°C --
Eq Equation --
Fobj Fonction objectif --
FTIR infrarouge à transformé de fourrier --
GC Chromatographie gazeuse --
IR Infrarouge --
Mape Mean absolute percentage error %
Mmél Masse moléculaire du mélange Kg /mol
mid%-volume Mi volume percent (50%) %
NBP Normal Boiling Point °C
Pc Pression critique atm
Ppc Pression pseudo-critique atm
R² Coefficient de régression
RHM2 Raffinerie de Hassi Messoud --
RMN Résonance magnétique nucléaire --
SG60/60°F Spécifique gravité à 60°F (15,55°C) --
TBP True boiling point --
Tb Température d’ébullition °C
Tc Température critique °C
Tmav Température mean average °C
Tpc Température pseudo-critique °C
TVR Tension de vapeur Reid atm
Tx Température à x% volumique °C
%vol. Pourcentage volumique %
Symboles Signification Unité
Introduction générale
1
Introduction générale :
Toutes les études effectuées sur le pétrole brut, montrent que ce dernier contient un
nombre pratiquement infini de constituants, autrement dit, d’un mélange complexe constitué
des milliers des composés chimiques non définis, et ces composés présentent une difficulté
incontournable vis-à-vis de leur évaluation, donc la détermination de leur propriété n'est pas
une chose facile, pour ce faire, plusieurs méthodes analytiques avec des équipements
ultrasophistiquées ont été mises à jour, parmi ces méthodes, on cite entre autres la GC
(chromatographie gazeuse), IR (infrarouge), FTIR (infrarouge à transformé de fourrier), RMN
(résonnance magnétique nucléaire). Ce pendant, ces méthodes présentent une manipulation
complexe, un prix couteux et un état d’appareillage très fragile, par conséquent elles n’ont
pas trouvé une large acceptation dans l’exploitation quotidienne de raffinage malgré leur
prédiction exacte.
Pour y remédier, durant toutes ces cinq dernières décennies, les scientifiques
cherchèrent sans cesse une solution plus adéquate, plus simplifiée et économiquement
accessible à tous. Ainsi, ils ont pu mettre à point le Tabsérie ou développement des
corrélations simplifiées; qui est une méthode expérimentale s’intéressant uniquement à la
densité, car la densité constitue la caractéristique physique la plus importante d’un produit
pétrolier, en partant d’elle on peut mettre en corrélation presque la plupart des autres
propriétés des produits pétroliers. Dans l’industrie de raffinage, cette densité est exprimée en
terme de gravité API (American petroleum Institut), cet API est lié directement par la
spécifique gravité [1].
Il a été envisagé que la gravité API et le point d'ébullition (s) sont les paramètres minimums
nécessaires pour caractériser complètement un produits pétrolier avec toutes ses autres
propriétés, ainsi elles peuvent être calculées à partir de ces deux propriétés à eux seuls. [2]
Idéalement, les propriétés des composés du pétrole sont déterminées expérimentalement, ce
qui sous entend que le développement des corrélations est un procédé expérimental se
déroulant dans le laboratoire basé sur des échantillons de fluide réel tiré de la production à
l’étude. Cette méthode de développement des corrélations dépend intégralement de la
distillation ASTM couplé avec de modèle mathématique. Par ailleurs cette méthode peut
aussi être hypothéquée par un logiciel de calcul par exemple HYSYS, qui fournit une
estimation précise de l'ensemble de l’évaluation de combustible pétrolier.
Introduction générale
2
La capacité prédictive de cette méthode est démontrée en prédisant la spécifique gravité (SG)
de produits pétroliers avec une erreur en pourcentage moyenne d'environ 0,87% qui est plus
précis que d'autres méthodes publiées.
En bref, l’objectif de ce travail est celui de la détermination de SG par développement
des corrélations, puis on va hypothéquer par HYSYS pour disposer d’une vision plus large
qui nous permettra d’identifier et classer les composés pétroliers liquides en fonction de
leurs propriétés qui sont entre autres densité, viscosité, le facteur Kuop….
Donc le travail consiste d’abord une détermination par calcul direct basé sur des
équations empiriques puis par un modèle assisté par ordinateur (logiciel).
Ce travail relève d’une grande importance, car il ne s’agira pas seulement d‘identifier
et de classer les composés mais aussi par la suite les données qu’on disposera, nous sont très
utiles pour la conception et le fonctionnement des procédés de raffinage du pétrole.
Alors, comment cette méthode de développement des corrélations pour le calcul des
propriétés des combustibles pétroliers et leurs fractions peut-elle se pratiquer ?
Comment détermine t-on la SG par cette méthode et par conséquent l’API ?
Pourrions-nous hypothéquer cette méthode par des logiciels de calcul en occurrence
celui de HYSYS pour une précision plus exacte ?
Peut-on juger satisfaisant ? Que l’API et la température d’ébullition à eux seuls
peuvent prédire les autres propriétés.
Pour respecter l’ordre chronologique d’un travail scientifique, et un apport des réponses aux
questions soulevées, pour cela, notre travail est repartit en trois (3) chapitres structurés comme
suit :
Le premier chapitre apporte une vision claire et générale sur les principales propriétés
des produits pétroliers ainsi que la méthode utilisée pour leurs déterminations.
Le deuxième chapitre met en évidence la modélisation et l’application de la méthode
de développement des corrélations pour le calcul des propriétés.
Le troisième chapitre est consacré aux résultats et discussions du travail. Puis on
achève le travail par une conclusion générale et une recommandation.
Chapitre I Généralité bibliographique
3
Chapitre I : Généralité bibliographique.
I-1 Introduction :
Le présent chapitre s’articule autour de la thématique des propriétés générales du pétrole
brut et de ses fractions ainsi que la méthode utilisée pour déterminer les propriétés.
Comme on l'a énuméré précédemment, le pétrole brut est un mélange des milliers
d’hydrocarbures différents, et se caractérise par plusieurs propriétés physique et chimique qui
sont entre autres la masse moléculaire (150-300), la densité (0.7—0.9), la température de
congélation, la viscosité, la tension de vapeur, ….
Alors la question qui se pose, est, ce quoi la propriété d’un corps? Et comment l’évalue t-on ?
Par définition, la propriété d’un corps ; c’est le monopole propre, la caractéristique ou la
spécification particulière d’un corps donné. Ainsi, à l’instar des autres corps, le pétrole a ses
propriétés physico-chimiques qui la définissent et la différencient des autres, et toutes ses
propriétés sont en fonction de sa nature, c'est-à-dire en fonction de la matière et de la teneur
en hydrocarbure qu’il constitue.
En effet, le pétrole brut se présente sous trois formes :
Les hydrocarbures purs
Les fractions pétrolières
Les mélanges d’hydrocarbures purs ou des fractions pétrolières
Dont l’évaluation des propriétés de ces trois formes pétrolières varie d’une espèce à une
autre.
I-2 Différent types des hydrocarbures pétroliers
a) Hydrocarbures purs : les principales propriétés physico-chimiques de ces composés
sont déterminées à partir des abaques en fonction de la pression et de la température
faisant généralement l’objet de courbes.
b) Fractions pétrolières : la complexité de leur composition n’en permet pas l’analyse.
Seules seront connues, en général, la densité et la courbe de distillation A S.T M. qui
permettent, par l’intermédiaire du facteur de caractérisation, de se faire une idée de la
structure moléculaire moyenne. Dans ce domaine, la règle générale consiste à trouver
une équivalence entre la fraction complexe et un hydrocarbure pur fictif qui aurait les
mêmes caractéristiques physico-chimiques que la fraction. Cette équivalence portera,
soit sur le poids moléculaire, soit sur la température d’ébullition, soit sur les
Chapitre I Généralité bibliographique
4
coordonnées critiques, etc. dans ces conditions, à partir de la connaissance de la
densité et de la courbe de distribution ASTM, qui permet la détermination de la
température moyenne pondérée d’ébullition, les caractéristiques physiques principales
d’une fraction pourront s’obtenir, soit directement en utilisant les données relatives
aux hydrocarbures purs ayant précisément la même densité et la même température
d’ébullition, soit indirectement par des corrélations empiriques[3].
c) Mélanges d’hydrocarbures purs ou de fraction pétrolière : la plupart des produits
pétroliers sont des mélanges, relativement simple dans le cas des gaz, mais très
complexes quand il s’agit de fraction liquides. Par ailleurs, les produits commerciaux
sont, en général, des mélanges de fractions elles même complexes : essences,
carburéacteurs, fuel-oil et huiles, afin d’obtenir les spécifications désirées. Il est donc
nécessaire de connaitre les lois d’additivité des diverses propriétés en mélange. Si
certaines caractéristiques telles que densité, poids moléculaire, enthalpie … se
pondèrent selon une formule mathématique très simple correspondant à une loi
thermodynamique donnée, d’autres, au contraire, telles que viscosité, indice d’octane,
point de congélation… font appel à des corrélations empiriques ou résultats de tests
nombreux [3].
D’après ces classes de famille pétrolières, on voit qu’en ce qui concerne les hydrocarbures
purs, il n’y a pas d’énorme obstacle dans l’évaluation de leur propriété, mais l’obstacle se
restreint dans les fractions et les mélanges des fractions pétrolières.
Alors quelles sont les propriétés tant rencontrées dans le milieu de l’industrie de raffinage ?
I-3 Principales propriétés du pétrole :
I-3-1 Densité : dans l’industrie pétrolière, on utilise la densité relative, comme étant le
rapport du poids d’un certain volume d’échantillon à une température T au poids du même
volume d’eau à une température standard. Le choix de l’état standard à 4°C permet
l’identification des chiffres qui mesurent la densité et la masse volumique. La densité légale
en France se mesure à 20°C et à pour symbole :
d204 =
𝑝𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑 ′ 𝑢𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 à 20°
𝑝𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑢 𝑚𝑒𝑚𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑 ′ 𝑒𝑎𝑢 à 4° (1) [3]
Dans les pays anglo-saxon, la mesure de la densité se rapporte à celle de la spécifique gravité
par hydromètre, ou celle par pycnomètre. Il faut souligner l’inversion du sens des mots
spécifique gravité et densité qui signifient respectivement densité et masse volumique.
Chapitre I Généralité bibliographique
5
La spécifique gravité est définie pour deux températures standard identiques, soit 60°F
(environ 15°C) et a pour symbole : sp.gr ou sp.gr.60 /60 ou encore SG. Ainsi il ya une
relation qui relie la SG60/60 à la densité d15
4. Voir la relation suivant :
d15
4 = 0,99904 Sp.gr60/60°F (2)
I-3-2 Masse moléculaire : C’est l’une des caractéristiques physico-chimique essentielles du
pétrole et des ses fractions. Le pétrole étant un mélange complexe d’hydrocarbures, la
mesure de sa masse moléculaire donne une valeur moyenne en fonction de ses composants :
-Pour un corps purs ou mélange des corps purs : la masse moléculaire peut s’écrire :
M= ∑𝑀𝑖.𝑥𝑖
∑𝑥𝑖 (3) avec xi et Mi : respectivement la fraction molaire et la masse
moléculaire du constituant i
-Pour une fraction pétrolière : nous avons recours à des corrélations faisant intervenir des
grandeurs physiques différentes : Kuop, densité, température… ainsi il est possible de déduire
graphiquement la masse moléculaire, ou bien par de formule prédéfinie, telle donnée par le
scientifique russe Vinov par exemple [3].
M= f (d, T)
-Pour le mélange des fractions pétrolières : la masse moléculaire peut s’obtenir par la
relation suivante : Mmél = 𝐺1𝐺2
𝑀1
+ 𝐺2𝐺3
𝑀2
+…………………………+ 𝐺𝑛
𝐺𝑛 +1
𝑀𝑛
(4)
Avec Gi poids et Mi masse moléculaire du constituant i du mélange
I-3-3 Tension de vapeur : tension de vapeur mesure la tendance des molécules à s’échapper
d’une phase liquide pour engendrer une phase vapeur en équilibre thermodynamique. Il existe
de nombreux diagramme représentant les courbes de tension de vapeur des hydrocarbures
purs jusqu’à 8 ou 10 atomes de carbone dans la molécule. Ces diagrammes seront à utiliser
pour tous les problèmes concernant les hydrocarbures légers en occurrence l’essence, exigeant
une bonne précision par la TVR ; tension de vapeur Reid, qui est une caractéristique
essentielle de l’essence, son essai comprend une cuve à échantillon, une chambre à air
représentant environ quatre fois le volume de la cuve, un bain thermostatique à 100°F et un
manomètre, l’ensemble est agité convenablement, ainsi le manomètre est branché à la
chambre à air et donne une indication de pression qui se stabilise lorsque l’équilibre est
atteint. Cette valeur limite de la pression mesure la tension de vapeur Reid de l’essence, que
l’on exprime en g/cm2 ou en psi [3].
Chapitre I Généralité bibliographique
6
L’essai de tension de vapeur est très important, car il indique, d’une manière indirecte, la
teneur en produits très légers qui conditionnent la sécurité au cours du transport, les pertes au
stockage et la volatilité des essences. Voir le dispositif ci-dessous :
Figure (I-1) : dispositif de mesure de pression de vapeur REID [4]
I-3-4 Point d’éclair
Le point d’éclair est la température à laquelle les vapeurs du produit pétrolier forment avec
l’air sur la surface du liquide, un mélange qui s’enflamme en présence d’une flamme. Son
essai consiste à chauffer dans un creuset ouvert ou fermé à vitesse déterminée un échantillon
du produit jusqu’à ce qu’une quantité suffisante d’éléments volatils soit vaporisée et puisse
être enflammé par une petite flamme que l’on déplace au dessous du creuset. Dés qu’une
légère explosion se produit, on note la température du produit, qui correspond au point
d’éclair ou flash point. Si l’on continue à chauffer, on obtient une flamme stable. La
température correspondante est le point d’inflammabilité. Pour sa mesure plusieurs appareils
existent selon leur conditions d’application, voir l’un de dispositif ci-dessous [3].
Chapitre I Généralité bibliographique
7
Figure (I-2) : Dispositif de mesure de point d’éclair [4]
Ce point d’éclair caractérise la teneur en produit volatils et permet ainsi de connaitre jusqu’à
quelle température un produit pourra être chauffé sans danger, de plus, il renseigne l’operateur
d’une unité de distillation sur le fonctionnement des strippings. Si le point d’éclair est trop
bas, il y a lieu d’augmenter le débit de vapeur d’eau au fond de colonne pour revaloriser
davantage de fractions légères.
I-3-5 Point d’écoulement ou de congélation :
Le point d’écoulement des produits pétroliers (huiles, gasoil, fuel-oil) est la plus basse
température à laquelle un produit contenu dans un tube à essai ne coule plus lorsque celui-ci
est incliné. Ce point permet d’apprécier les limites de température à respecter dans la mise en
œuvre des produits, en particulier, pour leur pompage en hiver, alors le point d’écoulement
est une caractéristique particulièrement importante pour les produits pétroliers quand il s’agit
de leur utilisation aux basses températures [3].
Chapitre I Généralité bibliographique
8
I-3-6 Viscosité : La viscosité est généralement définie comme étant la caractéristique de la
résistance à l’écoulement d’un fluide ; elle intervient dans tous les phénomènes liés à
l’écoulement des fluides :
– pertes de charge dans les tuyauteries
– écoulement dans les vannes, les soupapes et tous les types de restrictions
– pompage
– filtration – décantation
La viscosité est d’autant plus grande que la résistance à l’écoulement est élevée et, en raison
des différentes méthodes de mesure utilisées pour la déterminer, on distingue deux types de
viscosité : la viscosité dynamique et la viscosité cinématique.
I-3-6-1 Viscosité dynamique
La viscosité dynamique notée µ (Mû), appelée encore viscosité absolue, c’est l’effet de la
traduction des interactions moléculaires au sein d’un fluide en mouvement.
Traditionnellement, la viscosité dynamique était exprimée en poises (P) ou en centpoises
(cP). Elle est maintenant mesurée dans le système international d’unités en pascal-seconde
(Pa.s). En pratique, la correspondance entre les 2 systèmes d’unités est simple puisque le
centpoise correspond exactement à la milli pascal seconde (mPa.s)
1 cP = 1 mPa.s = 0,001 Pa.s
Le tableau suivant donne quelques valeurs de viscosité dynamique de fluides usuels
Tableau (I-1) : Quelques valeurs de viscosité dynamique des produits usuels [3]
Constituants
Viscosité dynamique à 20°C
(en cP ou en mPa.s)
Liquides : éther
n-octane
Eau
Mercure
Kérosène
Éthylène glycol
Acide sulfurique pur
Huiles
0.24
0.55
1.0
1.6
2.5
20
23
150
Gaz :
vapeur d’eau
Air
0.010
0.019
Chapitre I Généralité bibliographique
9
La viscosité dynamique µ des liquides peut être mesurée par exemple à l’aide de
viscosimètres rotatifs dont le principe de fonctionnement repose sur la mesure du couple
résistant lié à la mise en rotation d’un mobile tournant au sein de l’échantillon à analyser [3].
I-3-6-2 Viscosité cinématique
La viscosité cinématique notée υ (Nû), c’est le rapport de la viscosité dynamique par
la masse volumique d’un fluide. D’utilisation courante pour les liquides, elle prend en compte
la masse volumique ρ du fluide à la même température. Cette dernière intervient chaque fois
que l’on détermine une viscosité en mesurant un temps d’écoulement sous charge, c’est-à-dire
le temps mis par un liquide pour s’écouler à travers un orifice sous l’action de son propre
poids. On conçoit en effet que le temps obtenu dépend non seulement de la viscosité propre
du liquide mais aussi de sa densité.
La viscosité cinématique est obtenue à partir de la viscosité dynamique par la formule
suivante:
Viscosité = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑡 é 𝑑𝑦𝑛𝑎𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 µ
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 𝜌
υ = µ
𝜌 (5)
Habituellement exprimée en stokes (St) et en centistokes (cSt), la viscosité cinématique dans
le système SI (système international) doit être mesurée en mètres carré par seconde (m2/s). La
correspondance avec les unités habituelles est la suivante :
1 St = 10–4 m2/s
1 cSt = 0, 01 St = 10–6 m2/s = 1 mm2/s
1 cSt = 1 mm2/s
Chapitre I Généralité bibliographique
10
I-4 Méthode de développement des corrélations
Les propriétés citées ci-haut peuvent être évaluées par un nombre important de
méthode, mais, dans ce travail, l’évaluation se fait par le développement des corrélations qui
se base sur deux méthodes ; celle de détermination par calcul direct et celle par logiciel de
simulation, En occurrence par le simulateur HYSYS ; qui est une méthode de simulation par
excellente, disposant d’une large gamme de base des données, avec une approche exacte, une
vitesse et une efficacité hors paire.
Figure (I-3) : Schéma du diagramme de développement de corrélation
La SG déterminée servira à hypothéquer les autres propriétés.
Les deux méthodes de détermination celle par calcul direct et par logiciel de simulation
seront développées dans le chapitre suivant.
Le développement des corrélations fait appel à des données expérimentales issues de la
distribution ASTM pour les fractions et TBP pour le brut.
Mais que savons-nous sur la ASTM et le TBP ?
Détermination par calcul direct
Méthode de Développement
des corrélations
Détermination par logiciel de simulation
Détermination hypothéquée des autres propriétés
SG
Chapitre I Généralité bibliographique
11
I-4-1 Distillation ASTM :
La distillation ASTM (American Society for Testing Materials) est le fractionnement
des fractions, elle permet de prévoir le comportement global d'un pétrole brut durant la
distillation TBP. Elle fournit à l'utilisateur de précieux renseignement sur la composition d'un
produit pétrolier. En effet, selon la composition les points initiaux et finaux de distribution
seront distingués, de même que les points intermédiaires peuvent être distribués
différemment. L'essai de distillation ASTM est régi par des normes, et présente l'avantage
d'être rapide. Généralement, cet essai est utilisé pour fournir les spécifications de distillation
des produits pétroliers [5].
Figure (I-4) : dispositif et courbe de la distillation ASTM [4]
Chapitre I Généralité bibliographique
12
I-4-2 Distillation TBP de pétrole brut :
L'industrie pétrolière nécessite quotidiennement des analyses à l’échelle de laboratoire, dont
l’objectif final est celui du respect des spécifications et des normes du marché international,
parmi ces analyse de routine, il ya la distillation TBP; qui est une analyse d'évaluation des
pétroles pour définir les éventuels schémas de valorisation.
Cette distillation TBP « True Boiling Point » ou dite encore distillation fractionnée en
discontinu, est la première opération de raffinage, dont la distillation permet d'obtenir en tête
les constituants du pétrole ayant la même température d'ébullition et de les recueillir
successivement dans des éprouvettes de recette. Le but de la distillation TBP est d'obtenir les
courbes : Température d'ébullition des produits en fonction du pourcentage distillé cumulé
exprimé en poids ou plus fréquemment en volume.
Figure (I-5) : dispositif de la distillation TBP [4]
Chapitre I Généralité bibliographique
13
I-5 Conclusion :
D’une manière générale, une propriété, c’est la caractéristique spécifique d’un corps, c’est
identité que dispose ce corps pour se différencier des autres, cette propriété peut être
physique ou chimique, et son évaluation n’est pas du tout simple, mais celle du pétrole et de
ses fractions peut se faire par le moyen de développement des corrélations en se basant sur
ces distributions.
Donc comment les propriétés sont-elles déterminées par la méthode de développement des
corrélations ? La réponse à cette question constitue l’objet du chapitre suivant.
Chapitre II Modélisation et application
14
Chapitre II : Modélisation et application.
II-1 Introduction :
Comme l’indique le titre, dans ce chapitre on met en évidence les modèles de la
méthode de développement des corrélations, et aussi comment cette méthode peut être
adaptée et appliquée par le simulateur HYSYS ? Pour le calcul des diverses propriétés
pétrolières.
II-2 Méthodologie
Pour cette méthode de développement des corrélations, deux voies de détermination de
propriété sont possibles :
La voie de calcul directe
La voie de détermination par logiciel (HYSYS)
Toutes les deux voies de calcul permettent de déterminer les propriétés pétrolières, et elles
s’appuient intégralement sur la distribution ASTM d’une coupe pétrolière quelconque donnée,
ou sur la distribution TBP d’un pétrole brut, par le biais de ces distributions, elles calculent les
propriétés, plus précisément la spécifique gravité (SG), par laquelle les plupart des autres
propriétés vont être hypothéquées.
II-2-1 Modélisation
Comme les pluparts des méthodes de détermination, la méthode de développement des
corrélations fait appel à des relations ou échéances mathématiques, obtenues empiriquement.
Ces équations mathématiques, elles nous permettront de déterminer la SG théoriquement (ou
semi-empiriquement), dans le but de comparaison antérieure avec la SG hypothéquée par
HYSYS, car, ce fait nous permettra de juger les différentes voies de calcul et afin d’en
déduire la meilleure.
II-2-1-1 Base de données :
Les deux voies de calcul du développement des corrélations ont presque la même base
des données. Il suffit de prendre deux à trois coupes de fractions pétrolières, par exemple
naphta, kérosène, et gasoil ou bien le pétrole brut. On effectue leur ASTM et/ou le TBP
ensuite les données obtenues seront utilisées par les deux voies pour calculer la SG.
Que savons-nous ces deux voix de calcul de SG ?
Chapitre II Modélisation et application
15
II-2-2 Méthode de calcul direct :
Cette méthode de calcul comme son nom l’indique, elle s’effectue d’une manière
directe c'est-à-dire sans intervention de l’ordinateur. Une fois que les données de la distillation
ASTM ou TBP de l’échantillon sont collectées, on procède au calcul de SG par le biais des
relations principales issues de la méthode de moindre en utilisant la régression sur les
données expérimentales.
Par ailleurs, cette méthode de calcul directe a été développée en début 2012 par
TAREQ A. ALBAHRI [2]. Dont il a fait la régression basée sur 206 échantillons des produits
pétroliers koweitiens, et il a obtenu comme résultat de la régression les équations suivantes :
SG=A+B 𝑇𝑏𝑖 90𝑖=10 +C (𝑇𝑏𝑖)90
𝑖=102 (6) [2]
Avec A, B et C des constantes de la régression et Tb température ébullition
A=0.6208
B= 2.0772∗ 10−4
C= -1.788 ∗ 10− 7 et i= 10,….90
Cette équation (6) est utile, quand on dispose les points tels que T10, 30, 50, 70, 90 de la
distribution ASTM, et les calculs peuvent être faits à la main ou en utilisant la calculatrice de
poche sans la nécessité d'un ordinateur. Elle a comme coefficient de corrélation R2
=0.991 et
une erreur maximale de 3,53%.
SG= A+ B(T50) + C(T50)2 (7) [2]
Avec A= 0.6183
B=1.07236∗ 10− 3
C= -9.68∗ 10− 7
L’Eq. (7) est utile lorsque la distribution du point d'ébullition n'est pas disponible. Donc
la température à 50% vol. Peut être approchée par la moyenne des températures initiales et
finales de point d'ébullition, elle a un coefficient de 0,991 et une erreur de 3,64%. Bien que
les équations (6) et (7) soient comparables en termes de pourcentage d'erreur moyenne et de
coefficient de corrélation, le premier est plus préférable quand la distribution complète à point
d'ébullition est disponible.
Chapitre II Modélisation et application
16
Remarque : Mais l’obstacle en ait que, ces équations ne sont applicables que pour les
fractions pétrolières, et donc non pour le brut, en plus de cela, Albahri a travaillé sur le pétrole
koweitien, vue la différence du pétrole algérien à celui du Koweït, alors on ne peut pas
appliquer ces équations pour le calcul de SG du pétrole algérien.
Ainsi, l’idée nous est venue de faire une régression sur le pétrole algérien afin de disposer nos
propres gammes d’équations adaptables pour le pétrole algérien tant pour ses fractions et que
pour son brut.
Mais avant de revenir au pétrole algérien, on se demande comment Albahri a effectué sa
régression ? Donc une vérification des ses équations et de sa méthodologie est nécessaire.
II-2-2-1 Vérification de la régression d’Albahri :
Par définition une régression, c’est la façon de trouver une relation (équation) qui représente
la tendance des données. Par exemple :
Soient Y, x1, x2, x3… des données brutes, qui seront modélisées pour obtenir une équation du
type :
y= 𝑎𝑖𝑥𝑖 + 𝑏 (8)
Avec : ai, b des constantes, y la spécifique gravité et xi la température de i (constituant).
Pour arriver à l’équation 8, c'est-à-dire déterminer (ai, b), alors on procède comme suit :
Soit F une fonction objectif et Y la spécifique gravité, on définit la relation suivante :
Fobj= [Y cal
] 2− [Y
données] 2
(9)
Ainsi on va faire la régression jusqu’à ce que la Fobj 0.
Le but consiste à trouver les constantes, ensuite justifier l’équation avec le coefficient de
régression R2 qui est donnée par la relation ci-dessous :
R2= 1 –
𝑤𝑖 (𝑦𝑖−𝑦^)2𝑛𝑖=1
𝑤𝑖 𝑦𝑖−𝑦 𝑛𝑖=1 2
(10) avec 𝑦 =1
𝑛 𝑤𝑖𝑦𝑖𝑛
𝑖=1 (11) [6]
Avec yi : la spécifique gravité calculée ; y^ celle de donnée, 𝑦 celle de la moyenne, et wi poids
(généralement égal à 1).
Le R2 s’interprète comme la proportion de la variabilité de la variable dépendante expliquée
par le modèle, plus le R2 est proche de 1, meilleur est le modèle.
Chapitre II Modélisation et application
17
Pour vérifier les résultats d’Albahri, nous sommes amenés à suivre le même chemin que lui,
en utilisant les 206 échantillons qu’il a entrepris et on fait sa régression surtout celle de la
régression linéaire (voir équation 8). Nous effectuons cette régression avec le logiciel xlstat
qui est un logiciel complémentaire au Microsoft Office Excel, par le biais duquel la méthode
de moindre carré est possible. Ainsi on a appliqué son parcours [voir annexe A] et on a obtenu
à peu prés les mêmes résultats voir le tableau ci-dessous :
Tableau (II-1) Comparaison des régressions
Paramètres clés Présent travail Travail d’Albahri
R2 0.979 0.991
Mape 1,002 0,93
SG moyenne 0.801 0.8006
[R2] : Coefficient de corrélation (régression) [Mape] : Mean absolute percentage error
D’après le tableau (II-1), on constate qu’une faible différence entre notre régression et celle
d’Albahri sur les mêmes échantillons choisis, on peut dire que la vérification est acceptable.
Ainsi on peut suivre la voie d’Albahri pour procéder à la régression du pétrole algérien afin
d’obtenir des équations spécifiques pour ce dernier. Mais avant tout il faut qu’on valide cette
régression afin de justifier scrupuleusement notre parcours.
Validation de la régression:
Pour valider notre vérification sur la régression d’Albahri, on a procédé de la manière
suivante ; c'est-à-dire on fait une première régression avec 70% (181) des échantillons
d’Albahri choisis aléatoirement, et on obtient un modèle dont on vérifie la linéarité de la
courbe du coefficient R², ensuite on prend encore 123 échantillons d’une façon aléatoire et on
fait la régression puis on regarde le changement apporté sur le modèle précédent, si cela n’a
pas beaucoup d’impact alors on valide, mais nous pour approfondir, on a fait une troisième la
régression, cette fois-ci avec 60 échantillons aléatoires et on a validé. [Voir annexe A].
Tableau (II-2) : Régression en fonction des nombres d’échantillon
Nombre d’échantillon Régression linéaire
R2 Mape
181 0,978 1.093
123 0,975 1.15
60 0,978 1.012
Le tableau (II-2) montre que le nombre d’échantillon a peu d’influence sur la validité
de la régression. Alors on peut modeler nos échantillons et avoir des équations. [Voir annexe].
Chapitre II Modélisation et application
18
II-2-2-2 La régression sur le pétrole de RHM2
II-2-2-2-1 Les données expérimentales : Les données citées ci-dessous sont issues de
laboratoire d’analyse de la raffinerie d’Algérie de RHM2 dans le but d’hypothéquer leur SG
par notre méthode de développement de corrélation.
1- Les fractions pétrolières
Tableau (II-3) : Données de la distillation ASTM D86 des fractions de RHM2
Fractions
Température d’ébullition (°C) à %vol.
PI 5 10 20 30 50 70 80 90 95 PF
Gazoline
39 46 49 54 58 63 70 76 83 94 104
Naphta
150 159 165 169 172 178 186 192 199 205 214
Kérosène
150 159 165 169 172 178 186 192 199 205 214
Gasoil
161 179 188 209 226 254 289 314 352 372 378
Chapitre II Modélisation et application
19
2- TBP du pétrole brut
Tableau (II-4) : Données de la distillation TBP du brut de RHM2
Fractions
N°
Températur
e
°C
% vol cum Fractions
N°
Températur
e
°C
% vol cum
Légères 15.1 6.86 26 190 48.51
1 65 16.28 27 195 49.70
2 70 17.94 28 200 51.21
3 75 18.67 29 205 52.06
4 80 19.37 30 210 52.93
5 85 20.31 31 215 53.95
6 90 21.66 32 220 55.07
7 95 23.70 33 230 58.53
8 100 24.79 34 240 60.94
9 105 26.49 35 250 63.37
10 110 27.14 36 260 65.71
11 115 28.28 37 270 67.29
12 120 29.98 38 280 67.63
13 125 31.24 39 290 69.26
14 130 33.60 40 300 71.07
15 135 34.11 41 310 72.39
16 140 34.83 42 320 74.22
17 145 36.14 43 330 77.36
18 150 37.55 44 340 78.52
19 155 39.10 45 350 79.97
20 160 40.60 46 360 81.00
21 165 42.18 47 370 82.44
22 170 43.75 48 375 82.67
23 175 45.04 49 380 83.19
24 180 46.26 50 560 96.47
25 185 47.42 résidu + 560 100
Chapitre II Modélisation et application
20
Par le moyen des ces données, on va essayer de déterminer la SG. En suivant la même voie
qu’Albahri, et avec nos données expérimentales précitées, on peut faire la régression et
disposer des équations pour les fractions et le brut d’Algérie.
Comme résultat de la régression on a obtenu :
Modèle d’équation pour les fractions avec les températures T10……..T90
SG = A+B*T50+C*T70 (12)
Avec : A=0,632215451578396; B=2,03301137403144E-03 et C= -1,09482979130982E-03
Un coefficient de corrélation de 0,996 et erreur max 0,6%
Modèle d’équation pour les fractions avec uniquement T50
SG = A+B*T50 (13)
Avec : A=0,640369319257009 et B= 7,83424630247498E-04
Un coefficient de corrélation de 0,98 et une erreur max de 0,8%
Du même constat que la régression d’Albahri, on voit que l’équation (12) est mieux préférable
et l’équation (13) du point de vu des erreurs obtenues. Mais cette dernière est acceptable
quand on ne dispose pas toutes les données nécessaires.
Modèle d’équation pour le brut
SG= A+B*Tx (14)
Avec A=0,714433723135374; B=3,46993985905147E-04 et Tx: température du constituant i à x%
volumique, un coefficient de corrélation de 0,89 et une erreur max de 1.6%
Donc avec l’aide des équations (12, 13 et 14), nous pouvons déterminer la spécifique gravité
du pétrole algérien par la méthode de calcul direct.
Chapitre II Modélisation et application
21
II-2-3 Méthode de détermination par logiciel
Cette méthode, c’est celle assistée par l’ordinateur, faisant appel à des logiciels, elle
permet de corréler les propriétés pétrolières en se basant sur les données ASTM pour les
fractions et TBP pour le brut. La corrélation dans ce travail se réalise par le logiciel HYSYS.
Alors comment se fait-elle cette corrélation par ce logiciel ?
II-2-3-1 Méthodologie de la corrélation par Hysys.
II-2-3-1-1 Les étapes à suivre
Démarrage du logiciel : on démarre le logiciel en cliquant deux fois sur son icône,
alors on obtient la fenêtre suivante :
Figure (II-1): Fenêtre du logiciel HYSYS
Accès à l’espace du travail et choix du model thermodynamique :
On clique sur new pour ouvrir notre espace de travail, une fois accéder à cet espace, on nous
exige de choisir un model thermodynamique, alors on fait un click sur l’icône ‘Fluid Pkgs’,
et une autre fenêtre s’ouvre, dans laquelle on y trouve l’icône ‘ADD’ qui nous permet de
préciser notre choix sur le model désiré, en raffinage le model thermodynamique le plus
utilisé est celui de Peng-Robinson, ainsi dans ce travail, on a choisi le Peng-Robinson.
Chapitre II Modélisation et application
22
Spécification du domaine de travail
Apres avoir choisi le modèle thermodynamique, il est nécessaire de préciser le domaine du
travail, ainsi on passe à ‘’oïl environnement’’ qui s’y trouve juste en haut de la page avec un
icône en forme de baril, ainsi on sera sur notre page de corrélation, dans laquelle, on nous
exige d’introduire un certain nombre des données telles que le % vol( pourcentage volumique)
et la température correspondante, et aussi on nous demande de choisir le types de la
distillation désirée (ASTM ou TBP),(confère la figure suivante).
Figure (II-2) : L’espace de la corrélation HYSYS
Une fois terminer les étapes pour la corrélation, on procède au calcul de la spécifique
gravité [voir annexe B] en entrant les données demandées et remplissant les conditions
opératoires exigées.
II-3 Conclusion :
D’une manière brève, dans ce chapitre, nous avons essayé d’amener une clarté et une
vision nette sur le modèle de la méthode de développement de corrélation, et aussi les voies
qu’elle utilise pour la détermination des propriétés. En ce qui concerne le jugement des
méthodes utilisées, il sera abordé dans le chapitre suivant quand on va disposer de nos
résultats.
Chapitre III Résultats & discussions
23
Chapitre III : Résultats et discussions
III-1ntroduction :
Le présent chapitre s’articule autour des résultats de notre travail et des discussions
qu’il en découle et aussi comment déterminé à partir de ces résultats les autres propriétés ?
On va procéder par une présentation des résultats de chacune de méthode utilisée dans ce
travail, puis on met une stratégie de comparaison des méthodes employées surtout d’un point
de vu de difficulté, de précision, de clarté et de l’efficacité de leur détermination de la
spécifique gravité.
III-2 Résultats de SG à partir de la méthode de calcul direct
Cette méthode de calcul direct détermine la SG du pétrole algérien de chacune de ces
fractions et de son brut à partir des équations précédemment modelées par la régression.
III-2-1 Résultats de SG des fractions de RHM2
Le tableau (III-1) présente la SG des fractions pétrolières des différents modèles
d’équation utilisés ainsi que les erreurs engendrées par ces équations.
Tableau (III-1) : Les résultats de SG des fractions pétrolières de RHM2 par calcul direct
Echant
n°
Nom d’échantillon
Température d’ébullition (°C)
à %vol. SG % Erreur
T10 T30 T50 T70 T90 Eq.12 Eq.13 Eq.1
2 Eq.1
3
1 Gazoline 49 58 63 70 83 0,6836 0,6897
-0,28
-0,9
2 Naphta 104 113 119 126 145 0,7361 0,7335
0,6
0,8
3 Kérosène 165 172 178 186 199 0,7904 0,780
0,3
0,8
4 Gasoil 188 226 254 289 352 0,8321 0,8393
0,01
-0,7
D’après le tableau ci-dessus, on constate que l’équation (12) reste le meilleur, car ses
erreurs sont minimes par rapport à celles de l’équation (13), aussi il faut noter que l’équation
(12) prend en compte la totalité des données, par contre l’équation (13) ne se résume qu’à la
donnée de la température d’ébullition à mid%-volume (T50). Mais, en cas de manque des
données, l’équation (13) est vivement recommandée. Pour plus de précision voir les figures
des corrélations ci-dessous.
Chapitre III Résultats & discussions
24
Figure (III-1) : Coefficient de corrélation du modèle 12
Figure (III-2) : Coefficient de corrélation du modèle 13
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,65 0,7 0,75 0,8 0,85
SG
donnée
SG predit
R2= 0,996
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,65 0,7 0,75 0,8 0,85
SG
donnée
SG Prédit
R2= 0,98
D’après les deux figures ci-dessus, on constate que le modèle 12 est meilleur par
rapport au modele13, car son coefficient de corrélation est plus proche de 1 que celui du
modele13 (plus R2 est proche de 1, meilleur est le modèle), de même on voit que le modele12
est en parfait adéquation avec une régression linéaire.
Chapitre III Résultats & discussions
25
III-2-2 Résultats de SG du brut de RHM2
Le tableau ci-dessous présente la spécifique gravité de brut algérien de RHM2 à
différents températures allant du léger jusqu’au résidu.
Tableau (III-2) : Résultats de la spécifique gravité pour le brut de RHM2 par calcul direct
Fractions
N°
NBP
°C
SG Erreur
%
Fractions
N°
NBP
°C
SG Erreur
%
Légère -44,273 0,699 -11,977 26 190,516 0,781 1,0458
1 -39,289 0,701 -5,260 27 201,611 0,784 0,9608
2 -29,632 0,704 -1,245 28 213,924 0,789 0,9335
3 -20,387 0,707 -0,275 29 223,646 0,792 0,8762
4 -11,555 0,710 -0,172 30 231,395 0,795 0,6273
5 -3,135 0,713 -0,294 31 241,107 0,798 0,3303
6 4,872 0,716 -0,332 32 250,907 0,801 0,2803
7 12,589 0,719 -0,00018 33 265,898 0,807 0,9601
8 18,755 0,721 1,0858 34 285,213 0,813 0,7999
9 23,771 0,723 1,1117 35 302,714 0,819 1,2126
10 29,043 0,725 0,9488 36 316,824 0,824 1,2030
11 40,374 0,728 0,5856 37 326,091 0,828 1,5314
12 55,502 0,734 0,3907 38 339,989 0,832 1,0792
13 63,850 0,737 0,4210 39 360,167 0,839 0,4990
14 75,669 0,741 0,0509 40 385,359 0,848 -0,1350
15 88,163 0,745 1,6674 41 411,417 0,857 -0,5892
16 96,008 0,748 1,6351 42 433,479 0,865 -0,7648
17 106,272 0,751 1,3190 43 457,013 0,873 -0,1314
18 116,283 0,755 1,0216 44 480,891 0,881 -0,3600
19 123,499 0,757 1,0113 45 504,036 0,889 -0,9631
20 134,132 0,761 1,2323 46 525,367 0,897 -1,5133
21 145,673 0,765 1,21183 47 543,944 0,903 -2,08789
22 153,980 0,768 1,2036 48 557,325 0,908 -2,3022
23 161,949 0,771 1,5471 49 563,979 0,910 -2,4931
24 170,247 0,774 1,3291 50 567,522 0,911 -0,4160
25 180,002 0,777 1,2006
Le tableau ci-dessus montre qu’à partir d’une température d’ébullition donnée, on peut
calculer la SG du point correspondant avec l’aide du modèle d’équation 14.
Chapitre III Résultats & discussions
26
III-3 Résultats de SG à partir de la simulation par logiciel.
Comme on l’a énuméré précédemment, dans ce travail, la simulation se fait par le
logiciel Aspen HYSYS, car ce logiciel s’avère être parfait pour le calcul de la spécifique
gravité tant pour les fractions pétrolières que pour le brut.
Donc les résultats qui suivent ont été corrélés à partir de HYSYS. En se basant uniquement
sur la température d’ébullition et le pourcentage volumique correspondant.
III-3-1 Résultats de SG des fractions à partir du logiciel HYSYS.
Cette méthode de détermination par HYSYS calcule la spécifique gravité d’une fraction à 50
points différents, cela lui donne une précision plus exacte.
Le tableau (III-3) suivant montre bien les résultats de SG des fractions du pétrole Algérien
de RHM2 (raffinerie de Hassi Messoud) qui ont été hypothéqués par HYSYS.
Chapitre III Résultats & discussions
27
Tableau (III-3) : Résultats de la SG des fractions pétrolières de RHM2
Point SG
point SG
gazoline naphta kérosène gasoil gazoline naphta kérosène gasoil
0 0,6050 0,6716 0,7495 0,7494 26 0,6829 0,7441 0,7880 0,8269
1 0,6082 0,6795 0,7521 0,7529 27 0,6829 0,7451 0,7887 0,8290
2 0,6134 0,6936 0,7572 0,7590 28 0,6829 0,7461 0,7894 0,8312
3 0,6173 0,7034 0,7620 0,7638 29 0,6829 0,7471 0,7900 0,8334
4 0,6200 0,7099 0,7663 0,7677 30 0,6829 0,7482 0,7908 0,8356
5 0,6219 0,7142 0,7698 0,7709 31 0,6829 0,7490 0,7915 0,8379
6 0,6238 0,7170 0,7720 0,7734 32 0,6829 0,7498 0,7923 0,8403
7 0,6258 0,7198 0,7732 0,7756 33 0,6829 0,7506 0,7930 0,8428
8 0,6522 0,7220 0,7741 0,7774 34 0,6829 0,7515 0,7939 0,8453
9 0,6553 0,7238 0,7752 0,7790 35 0,6829 0,7526 0,7947 0,8479
10 0,6581 0,7253 0,7763 0,7804 36 0,6829 0,7540 0,7956 0,8505
11 0,6598 0,7268 0,7774 0,7833 37 0,6829 0,7559 0,7965 0,8534
12 0,6613 0,7284 0,7782 0,7879 38 0,6829 0,7578 0,7975 0,8564
13 0,6628 0,7299 0,7791 0,7922 39 0,6829 0,7599 0,7984 0,8599
14 0,6637 0,7315 0,7798 0,7963 40 0,6829 0,7619 0,7994 0,8638
15 0,6646 0,7329 0,7805 0,7999 41 0,6829 0,7637 0,8003 0,8671
16 0,6658 0,7343 0,7812 0,8031 42 0,6829 0,7653 0,8011 0,8696
17 0,6674 0,7354 0,7819 0,8059 43 0,6829 0,7669 0,8020 0,8722
18 0,6690 0,7365 0,7826 0,8086 44 0,6829 0,7687 0,8030 0,8750
19 0,6707 0,7376 0,7833 0,8111 45 0,6829 0,7706 0,8041 0,8780
20 0,6725 0,7386 0,7840 0,8136 46 0,6829 0,7725 0,8055 0,8807
21 0,6743 0,7395 0,7846 0,8160 47 0,6829 0,7746 0,8067 0,8830
22 0,6761 0,7405 0,7853 0,8183 48 0,6829 0,7774 0,8084 0,8843
23 0,6779 0,7414 0,7860 0,8205 49 0,6829 0,7811 0,8115 0,8860
24 0,6797 0,7423 0,7867 0,8227 50 0,6829 0,7856 0,8152 0,8894
25 0,6814 0,7431 0,7873 0,8248
Chapitre III Résultats & discussions
28
III-3-2 Résultats de SG du brut à partir du logiciel HYSYS.
De la même manière que les fractions, la simulation de la SG du brut suit les mêmes
conditions de départ.
Le tableau ci-dessous montre les résultats de SG du brut de RHM2
Tableau (III-4) : Résultats de SG du brut de RHM2 par HYSYS
Ce tableau (III-4) montre des résultats très proches des résultats expérimentaux si on compare
avec le tableau (III-2) qui représente les résultats du brut par la méthode de calcul direct
Point SG point SG
0 0,5564 26 0,7955
1 0,5611 27 0,8015
2 0,5701 28 0,8079
3 0,5785 29 0,8127
4 0,5864 30 0,8164
5 0,5939 31 0,8210
6 0,6009 32 0,8254
7 0,6075 33 0,8321
8 0,6128 34 0,8404
9 0,6170 35 0,8479
10 0,6215 36 0,8538
11 0,6580 37 0,8577
12 0,6790 38 0,8635
13 0,6897 39 0,8720
14 0,7038 40 0,8826
15 0,7174 41 0,8934
16 0,7254 42 0,9023
17 0,7353 43 0,9114
18 0,7442 44 0,9199
19 0,7503 45 0,9271
20 0,7588 46 0,9324
21 0,7673 47 0,9396
22 0,7731 48 0,9447
23 0,7784 49 0,9472
24 0,7836 50 0,9486
25 0,7895
Chapitre III Résultats & discussions
29
III-4 Discussion sur les résultats des deux méthodes utilisées
D’après les figures et tableaux cités ci-haut présentant les résultats de la spécifique gravité
des fractions et du brut par différent méthodes ; celle par calcul direct et celle par logiciel
HYSYS, on constate que toutes les deux méthodes donnent des résultats irréprochables, mais
il existe une infime différence entre elles. Dans cette optique, nous proposons une
comparaison plus détaillée qui réside surtout dans leur méthodologie de détermination.
A- La méthode de calcul direct ; cette méthode a des atouts et des inconvénients comme
tant d’autres méthodes de calcul :
Ses atouts (avantages) : cette méthode présente des avantages surtout dans sa
méthodologie de modélisation de formule de la spécifique gravité par la régression,
car ce fait de formulation de modèle d’équation plus généralisée lui donne une
application plus large et ses calculs s’effectuent de manière plus simple, De même elle
renseigne son utilisateur sur ses marges d’erreurs acceptables. Donc préventive dans
ses prédictions (R², Mape….).
Ses inconvénients : par comparaison à la méthode de HYSYS, la méthode de calcul
direct exige plus des données dans sa phase de modélisation d’équation.
B- La méthode de calcul par logiciel HYSYS :
Ses avantages : Contrairement à la méthode de calcul direct, la méthode de calcul
par HYSYS n’exige que des données des distributions ASTM ou TBP pour
l’évaluation de la SG d’une fraction ou d’un brut en 50 approches différentes de
l’essai considéré. en plus de ce fait, la méthode de HYSYS détermine d’autres
propriétés (viscosité, poids moléculaire, normal boiling point, quantité molaire et son
cumulée…) [voir annexe] en parallèle avec la SG.
Ses inconvénients : son inconvénient en est que ce logiciel n’est pas assez disponible,
donc non accessible à tous et cher, les rares qu’ils existent sont les fruits de piraterie
en ligne. Mais qu’à même vu sa précision et sa simplicité d’obtention des résultats,
son prix en vaut la peine.
Chapitre III Résultats & discussions
30
A la recherche d’une réponse à la question posée dans l’introduction générale, qui se porte
sur : Peut-on juger satisfaisant ? Que l’API et la température d’ébullition à eux seuls peuvent
prédire les autres propriétés.
Auparavant l’inconnue était la SG, maintenant qu’elle est trouvée, la réponse à cette question
est oui ! Pour preuve voir l’intitulé ci-dessous.
III-5 Détermination des autres propriétés par la SG et/ou température
d’ébullition.
Comme on l’a évoqué précédemment, la SG est la propriété intégrante d’une fraction
ou d’un brut du pétrole. En allant d’elle on peut hypothéquer les autres propriétés, par
exemple :
-API= 𝟏𝟒𝟏.𝟓
𝑺𝑮− 𝟏𝟑𝟏.𝟓 [1]; par cette relation on détermine l’API d’un produit donné en
connaissant sa SG.
- d15
4 = 0,99904 SG ; de même qu’API, connaissant la SG d’un produit, on peut déterminer
sa densité.
- la masse moléculaire
M= f (d, T) ; une fois calculé la densité par la SG et connaissant la température
d’ébullition, on peut déterminer graphiquement la masse moléculaire à l’aide des abaques
(d,T) [confère annexe C]
-Le facteur Kuop = 𝑇3
𝑑 avec T (°R) température d’ébullition moyenne.
-les propriétés critiques : telles températures, pressions… en disposant des données ASTM
qui nous conduira à calculer les températures moyennes d’ébullitions, qui, ensuite nous
permettront de déterminer graphiquement les propriétés critiques (Pc, Tc Tpc et Ppc) [voir
annexe D].
Ainsi de suite, on peut obtenir les autres propriétés, car toutes les propriétés sont liées l’unes
des autres.
Chapitre III Résultats & discussions
31
III-6 Conclusion :
D’une manière générale, les deux méthodes du développement des corrélations
utilisées dans ce travail ont conduit aux résultats tant attendus, alors leur choix d’utilisation
dépend des données que dispose l’utilisateur. Si non l’une comme l’autre sont des moyens
cruciaux pour la détermination de la spécifique gravité.
En ce qui concerne, la détermination des autres propriétés, Il faut noter que la spécifique
gravité est belle et bien le point de départ des corrélations des majeures parties des autres
propriétés.
Conclusion générale
32
Conclusion générale :
En somme, le développement des corrélations pour le calcul des propriétés du pétrole
et celles de ses fractions est une méthode empirique faisant appel à des équations
mathématiques issues à partir des données expérimentales basées sur les distributions ASTM
ou TBP.
Pour son évaluation des propriétés ; la méthode de développement des corrélations se scinde
en deux sous méthodes qui sont :
- La méthode de calcul direct : qui est une méthode tirant ses modèles
d’équations à partir de la régression linéaire (par XLSTAT), lui permettant de
formuler des équations généralisées avec des marges d’erreurs connues et
acceptables, par lesquelles elle calcule la spécifique gravité (SG), cette
méthode est dite directe car elle s’effectue sans l’intervention de l’ordinateur,
elle ne nécessite qu’un calcul faite à la main ou par calculatrice de poche.
- La méthode assistée par l’ordinateur ; c’est une méthode de calcul de la SG
basée sur logiciel, plus précisément sur logiciel HYSYS. Qui est un logiciel de
domaine d’engineering mieux adapté dans ces genres des corrélations. Cette
méthode assistée par HYSYS nous permet de calculer hormis la SG, d’autres
propriétés plus importantes les unes que les autres.
En brève, le développement des corrélations est une méthode par excellence du point
de vu économique, accessible et abordable à tous, dans l’évaluation des propriétés des
produits pétroliers liquides, et le fait d’évaluer ces propriétés nous permet non seulement
d’identifier et classer les composés du pétrole. Mais aussi la connaissance des ces propriétés
est d’une importance cruciale et très utiles dans le domaine de raffinage, car cela nous
renseigne sur la conception et le fonctionnement des procédés de raffinage du pétrole.
Recommandation :
Malgré les manques des données sur le pétrole algérien, et avec uniquement cinq échantillons
au total (gazoline, naphta, kérosène gasoil et le TBP du brut), on a pu réaliser et venir au bout
de ce travail, en ce sens je recommande au prochain intéressé d’élargir les champs de réussite
de ce modeste travail en réunissant toutes les données nécessaires et recommencé le travail en
lui apportant une plus probable et une vision d’avenir plus large.
Références bibliographique :
[1] : Epcon International, the American Petroleum Institute, API Technical data
base on Petroleum Refining, V2.1.1, EPCON International, woodsfield, OH,
2000.
[2] : Tareq A. Albahri, fluid phase equilibria, Elsevier B.V, Kuwait university,
2012.
[3] : Pierre Wuithier (1972), Raffinage et génie chimique Tome1, édition
technip.Paris, Page.39—65.
[4] : ENSPM formation Industrie-IFP training (2006), éléments de chimie-
produit, édition d’IFP, Paris, P. (4-6-9).
[5] : BELGHOUL WALID and GUERRAM ABDEL MADJID, 2006-2007,
mémoire de fin d’études D’INGENIEUR D’ETAT, Université de Kasdi-Merbah
de Ouargla, P22.
[6] : Addinsoft SARl, XLSTAT, COPYRIGHT© 2012, licence,Paris-France
Annexe A
Exemple d’une régression Linéaire simple d’une fraction par le XLSTAT :
Tableau1 Données de T50 d’une fraction
Tableau 2 les résultats
Observation Poids Y1 Préd(Y1) Résidu
Obs1 1 0,681 0,684 -0,003
Obs2 1 0,742 0,736 0,006
Obs3 1 0,788 0,790 -0,003
Obs4 1 0,832 0,832 0,000
Avec Y : Spécifique gravité.
Modèle d’équation :
Y1 = 0,641806331855983+7,5256461331607E-04*T50 avec son mape = 1,4%
Figure 1 : Le facteur de correction d’une régression
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,65 0,7 0,75 0,8 0,85
Y1
Préd(Y1)
R²=0,996
T50 SG
63 0,6777
119 0,7415
178 0,7867
254 0,8234
Annexe B
Exemple d’une corrélation par Hysys Tableau de la simulation
Assay: gazoline
Case Name: gazotine.hsc
Unit Set: WAKaI
Time: 22:53:36 2012
INPUT DATA
Data Type: ASTM D86
Assay Basis: Liquid Volume
Distillation Table
Assay Percent Temperature (C) 0 39.00 5 46.00
10 49.00 54.00 * 56.00 * 63.00 * 70.00 * 76.00 * 83.00 * 94.00 * 104.0*
20 54.00 56.00 * 63.00 * 70.00 * 76.00 * 83.00 * 94.00 * 104.0*
30 56.00 63.00 * 70.00 * 76.00 * 83.00 * 94.00 * 104.0*
50 63.00 70.00 * 76.00 * 83.00 * 94.00 * 104.0*
70 70.00 80 76.00
83.00 * 94.00 * 104.0*
90 83.00 94.00 * 104.0*
95 94.00 104.0* 100 104.0
Input Data Status
CALCULATION
Conversion Methods
D86-TBP Interconversion: API 1974 D2887-TBP Conversion: Corrections for Raw Lab Data
Apply ASTM D86 API Cracking Correction: No Apply Lab Barometric Pressure Correction: No Lab Barometric P
ressure: 101.3kPa Extrapolation Methods
Distillation: Least Squares Molecular Weight:
Least Squares Density: Least
Squares Viscosity 1 : Least Squares Viscosity 2:
Least Squares
WORKING CURVES
Point
Moles Cum. NBP °C
MWT SG Viscosity 2 (cP) (cP)
0 0.0000 9.633 61.52
0.6050 0.1646 9.470e-002 1 2.300e-002 13.33 62.9
7 0.6082 0.1721
9.870e-002 2 2.233e-002 19.48 65.42
0.6135 0.1850 0.1056 3 2.185e-002 24.07 67.2
7 0.6174 0.1948
0.1108 4 2.153e-002 27.29 68.59
0.6201 0.2019 0.1146
Annexe C
Détermination des températures moyennes d’ébullitions
Figure2 détermination des températures moyennes à partir du TBP et de l’ASTM
Détermination du poids moléculaire
Figure3 : poids moléculaire des fractions en fonction de la densité et Tmav