8/14/2019 La ptrochimie et le raffinage du ptrole

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Chimie cours chap10

Modification de la chane carbonne

1. La ptrochimie et le raffinage du ptrole

La ptrochimie est la chimie des drivs du ptrole. Elle transforme les ptroles bruts en produits adapts la demande des consommateurs.Lensemble de toutes des oprations industrielles constitue le raffinage du ptrole.

La premire opration de raffinage consiste sparer ces hydrocarbures par une distillation fractionne.On obtient des coupes runissant des hydrocarbures dont le nombre datomes de carbone est proche :gaz de ptrole (1 4 C), ther de ptrole (5 6 C), naphta lger (6 7 C), white spirit (7 C), naphta lourd(8 10 C), krosne (11 12 C), ptrole lampant (12 14 C), gazole et fioul lger (15 20 C), fioulslourds, huiles, paraffines, bitumes (plus de 20 C).

1.1. Les carburants

Les hydrocarbures correspondant aux naphtas et aux gazoles nont pas les qualits requises pour treutiliss directement comme carburant : il faut donc les transformer.

1.2. Les matires premires de lindustrie chimique

Les ptroles sont essentiellement constitus dhydrocarbures saturs qui sont peu ractifs (sauf pour lescombustions qui sont des oxydations violentes). Lindustrie chimique a besoin dhydrocarburesinsaturs : il faut donc transformer les alcanes en alcnes.

2. Les modifications du squelette carbon

Aprs la distillation fractionne du ptrole, il faut procder des transformations afin de raccourcir,ramifier, cycliser et dshydrater les chanes carbones.

2.1.Raccourcir le squelette carbon : le craquage

2.1.1. Principe du craquage

Cest une opration effectue haute temprature au cours de laquelle les molcules dhydrocarbures longue chane sont brises au niveau dune ou plusieurs liaisons C C pour produire des molcules pluscourtes.

Bilan du craquage : craquage p 2p 2 n-p 2(n-p)n 2n 2

C H C HC H

alcane lourd alcane lger alcne

+++

2.1.2. Les diffrents craquages

Craquage thermique : il consiste chauffer (300 850C), sous pression leve, des molculesd'alcanes : le squelette se brise et on forme des molcules plus petites. Il est favorable la productiondalcnes.Ex :

+ +

octane propaneethylene

prop-1-ene

500C

p leve

Craquage catalytique : Il consiste chauffer (450C), sous une pression de quelques bars et en prsencedun catalyseur les fractions lourdes issues de la distillation du ptrole pour fabriquer des essencesIl permet un meilleur contrle de la transformation et est moins coteux en nergie.

Hydrocraquage : Il s'agit d'un craquage catalytique, effectu en prsence de dihydrogne : on favorise laproduction d'alcanes ramifis sans production d'alcnes.Ex :

+ H2 +

heptane isobutane propane

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Vapocraquage : Il sagit dun craquage en prsence de vapeur deau (800C, 1 bar). Il produitessentiellement des alcnes et du H2.Ex : vapocraquage

butane

+ H22

ethylene

2.2. Rarranger le squelette sans changer le nombre datomes de carbone

2.2.1. Dshydrognation

Il s'agit de transformer des molcules d'alcanes en alcnes :Le but est essentiellement d'obtenir des molcules qui serviront comme point de dpart d'autressynthses organiques (et non comme carburant comme dans les techniques prcdentes).Dans la molcule, deux atomes de carbone voisins perdent chacun un atome H et une double liaisonC C= s'tablit. Toutes ces ractions se font environ 500C et en prsence de catalyseurs base d'oxydede fer ou de chrome.Ex :

+ H2

Cr2O

3

ethane ethylene

2.2.2. Reformage catalytique

Le reformage ("reforming") catalytique permet de modifier profondment la structure de molculesd'hydrocarbures lgres (de 5 9 atomes C), obtenues par craquage, sans changer le nombre datomes decarbone.

Ramification : On transforme les alcanes linaires en alcanes squelette ramifi. Cest uneisomrisation, qui conduit gnralement plusieurs isomres. (120C 200C, 20 70 bar)

Ex :

2,4-dimethylpentane

heptane

Cyclisation : on transforme les alcanes linaires ayant au moins 5 atomes de carbone en cyclanes (avecformation de dihydrogne).

Ex :

hexane

+ H2

cyclohexane

Cyclisation et dshydrognation : on transforme les alcanes linaires en cycles aromatiques insaturs(cycles benzniques) avec formation de dihydrogne. (500C , 15 30 bar, catalyseur base de Pt).

Ex :

hexane

+ H2

benzene

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2.3. Allonger le squelette carbon

2.3.1. Alkylation

On remplace un atome dhydrogne dune chane carbone par un groupe alkyle.Elle peut se pratiquer en combinant un alcane lger et un alcne lger pour obtenir un alcane plus lourd :cest alors la raction inverse du craquage thermique.

Ex : Acide

butane

+

(2E)-but-2-ene 3-methylheptane

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2.3.2. Polyaddition

Raction daddition : Une raction daddition est une spcificit des alcnes. Il s'agit toujours d'obtenirdes molcules servant de ractifs des synthses organiques ultrieures.Le schma gnral est le suivant : R1

R2 R4

R3

+ X Y

X Y

R2 R4

R3R1

Si la molcule ajoute est : 2H O on parlera dhydratation.2

H on parlera dhydrognation

un dihalogne ( 2F , 2Cl , 2Br ou 2I ) on parlera dhalognation.

Exemples : + OH2OH

ethanolethylene

+ethylene

H2ethane

+

ClCl

ethylene

Cl Cl

1,2-dichloroethane

Raction de polyaddition : Une raction de polyaddition consiste dans laddition rpte dun trsgrand nombre de molcules insatures appeles monomres.Le rsultat est une molcule gante, une macromolcule, formant un polymre constitu dun motif qui serpte n fois.Le schma gnral est : 2n CH CHA (= 2 nCH CHA )

Monomre Polymre Applications

thylne 2 2CH CH= Polythylne ( 2 2 nCH CH )Emballages ; films

plastiques ; gilets pare

balles

Propne 2 3CH CH CH= Polypropylne

Objets moulsrsistants ; film

plastique ; mobilier dejardin ; cordage

Chlorure de vinyle 2CH CH Cl= Polychlorurede vinyle(PVC)

Tuyaux ; gouttires,fentres ; voletsroulants ; bouteilles ;revtements de sol

Styrne 2 6 5CH CH C H= Polystyrne

Non expans :Couverts ; jouets ;mobilier transparent.

Expans : plaques pourisolation thermique et

phonique ; emballagesprotecteur

Ttrafluorothylne 2 2CF CF= Tflon ( 2 2 nCF CF )Roulement de Roller,revtement de pole,cur artificiel

( 2 nCH CH )

3CH

( 2 nCH CH )

Cl

( 2 nCH CH )6 5C H