LE PRETRAITEMENT DE LA COUPE NAPHTA AU NIVEAU DU REFORMAGE CATALYTIQUE

1

Rapport de stage DUT Novembre 2016 TGP/IUT/UZ

REPUBLIQUE DU NIGER

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR, DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE ET DE L’INNOVATION

Institut Universitaire de Technologie

Département de Technologie en Génie Pétrolier

RAPPORT DE STAGE DE DUT Présenté et soutenu par :

AMADOU SAMA Mounkailou

Sous la direction de : Membres du jury

M. ZAKARIA HALIDOU A. Salam Président :

Enseignant technologue à IUT/ UZ M. ABDOULAYE Aboubacar

Tuteur professionnel Enseignant technologue à IUT/ UZ

M. ABDOU Mahaman Lawan Assesseur :

Ingénieur de Reformage M. KAMAROU DJIBO Moutari

Catalytique à la SORAZ Enseignant vacataire à IUT/ UZ

THEME : LE PRETRAITEMENT DE LA COUPE NAPHTA AU

NIVEAU DU REFORMAGE CATALYTIQUE

2


REPUBLIQUE DU NIGER

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR, DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE ET DE L’INNOVATION

Institut Universitaire de Technologie

Département de Technologie en Génie Pétrolier

RAPPORT DE STAGE DE DUT Présenté et soutenu par :

AMADOU SAMA Mounkailou

Sous la direction de : Membres du jury

M. ZAKARIA HALIDOU A. Salam Président :

Enseignant technologue à IUT/ UZ M. ABDOULAYE Aboubacar

Tuteur professionnel Enseignant technologue à IUT/ UZ

M. ABDOU Mahaman Lawan Assesseur :

Ingénieur de Reformage M. KAMAROU DJIBO Moutari

Catalytique à la SORAZ Enseignant vacataire à IUT/ UZ

THEME : LE PRETRAITEMENT DE LA COUPE NAPHTA AU

NIVEAU DU REFORMAGE CATALYTIQUE

3


TABLE DES MATIERES

TABLE D’ILLUSTRATIONS ............................................................................................................ 5

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ....................................................................................... 6

DEDICACES....................................................................................................................................... 7

REMERCIEMENTS ........................................................................................................................... 8

RESUME ............................................................................................................................................. 9

Abstract ............................................................................................................................................... 9

INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................... 10

Introduction .............................................................................................................................. 13

I.1 Historique : ......................................................................................................................... 13

I .2 Fiche signalétique de la SORAZ : ..................................................................................... 13

I. 3 Situation géographique ...................................................................................................... 15

I .4 Mission de la soraz ............................................................................................................. 15

I.4.1 Capacité et Produits : .................................................................................................................... 16

I.5 Organisation de la SORAZ : .............................................................................................. 17

I.5.1 Les différents départements de la soraz et leurs rôles :.................................................... 17

I.5.1 .1 Département de production : ........................................................................................ 17

I.5.1.2 Département de maintenance ........................................................................................ 18

I.5.1.3 Département de sécurité et environnement ................................................................... 18

I.5.1.4 Les utilités :!: ............................................................................................................... 18

Conclusion ................................................................................................................................ 19

CHAPITRE II : GENERALITE SUR LE PRETRAITEMENT DU NAPHTA ................. 20

Introduction : ............................................................................................................................ 20

II.1. Le prétraitement de la fraction naphta : ............................................................................ 20

II.1.1. Hydrotraitement ............................................................................................................. 20

II.1.2. Stabilisation du naphta ................................................................................................... 21

II.2. Le principe du procédé : ................................................................................................... 22

II.3. Les procédés d’hydrotraitement ....................................................................................... 22

II.4. Conditions d’opération du système de prétraitement ....................................................... 24

Tableau II.4.a. Conditions d’opération du système de réaction de pré-hydrogénation ............ 24

Tableau II.4.b. Conditions d’opération du stripeur et de la colonne de fractionnement .......... 25

Conclusion ................................................................................................................................ 25

CHAPITRE III : PROCESSUS DE PRETRAITEMENT DU NAPHTA A LA SORAZ ....... 26

4


Introduction .............................................................................................................................. 26

III.1. spécification techniques de l’unité de prétraitement ...................................................... 26

III.2. spécifications de la charge naphta ................................................................................... 26

III.2.1.caractéristiques chimiques de la charge ........................................................................ 27

III.2.2. Impuretés contenues dans la charge ............................................................................. 27

III.3. Processus de prétraitement du Naphta ............................................................................ 27

III.3.1. Description du catalyseur utilisé dans le réacteur de prétraitement ............................. 29

III.3.2. Les réactions mis en jeu ............................................................................................... 29

III.3.2. a. Réaction de désulfuration ......................................................................................... 29

III.3.2.b. Réaction de dénitrations ............................................................................................ 29

III.3.2.c. Réaction de désoxygénation : .................................................................................... 30

III.3.2.d. Réaction saturée d’hydrogénation à carbure éthylénique.......................................... 31

III.3.2.e. Réaction de déchloration ........................................................................................... 31

III.3.2.f. Réaction de démétallisation ....................................................................................... 31

III.3.3. Paramètres influençant le processus de traitement ...................................................... 32

III.3.3 .a Température de réaction ............................................................................................ 32

III.3.3.b Pression de réaction .................................................................................................... 32

III.3.3.c Ratio de l’hydrogène contre l’huile au processus de réaction .................................... 32

Conclusion ................................................................................................................................ 32

CONCLUSION GENERALE ........................................................................................................... 33

BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................ 35

ANNEXES ........................................................................................................................................ 37

ANNEXE 1 : Forme juridique ................................................................................................. 38

5


Table des figures

Figure I.1 : Localisation de la SORAZ

Figure I.2 : schéma récapitulatif des activités de production de la SORAZ

Figure I.3 : Organigramme de la SORAZ

Figure III.1 : Système de pré hydrogénation

Table des tableaux

Tableau II.4.a : conditions opératoires des réactions de pré hydrogénation

Tableau II.4.b : conditions opératoires du stripeur et de la colonne de fractionnement

Tableau III.1 : groupements chimiques présents dans la charge et leurs pourcentages

TABLE D’ILLUSTRATIONS

6


ASTM : American Society of Testing Materiel

CDI : Contrat à Durée Indéterminée

CDU : Unité de Distillation atmosphérique

CNPC : China National Petrolium Corporation

CRU : Unité de Reformage Catalytique

DUT : Diplôme Universitaire de Technologie

FCC : Unité de Craquage Catalytique

GPL : Gaz du Pétrole Liquéfié

HDS : Hydrodésulfuration

IP : Iso Paraffine

NP : Paraffine normale

PF : Point Final d’ébullition

PI : Point initial d’ébullition

PSA : sous unité de purification de l’hydrogène

RON : Nombre d’Octane Recherché

SORAZ : Société de Raffinage de Zinder

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS

7


Je dédie ce modeste travail aux êtres les plus chers de ma vie; mon Père qui a fait de moi un

homme, que Dieu le Tout Puissant accorde sa sainte miséricorde et l’accueille dans son vaste

paradis.

Ma Mère qui n’a pas cessé de m’encourager pour donner le meilleur de moi-même.

A toute ma grande famille.

A toutes les enseignantes et enseignants qui ont contribué à ma formation, du seuil du

primaire jusqu’à l’université.

A tout le personnel du département Technologie en Génie Pétrolier

Je tiens à le dédier aussi à mes amis, Bachir, Moussa, Rabiou et la chère grande sœur

Chafaatou, sans oublier mon chère ami et frère Issifou, et à tous ceux qui sèment le bonheur

dans mon chemin.

DEDICACES

8


Nous tenons à remercier DIEU le tout puissant, pour le courage et la patience qu’il nous a

offert, afin de réaliser ce travail.

Nous tenons à remercier Mr ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam, pour l’honneur qu’il nous

a fait en acceptant de nous encadrer ainsi pour sa disponibilité à toute épreuve et pour les

conseils judicieux qu’il nous a adressé et qui ont été à la hauteur de sa noble tâche.

Nous tenons aussi à adresser nos sincères remerciements aux membres du jury qui nous ont

fait l’honneur d’évaluer ce modeste travail.

Nous adressons avec tout notre respect nos remerciements au personnel de la SORAZ.

C’est avec un immense plaisir que nous présentons nos vives gratitudes à tous ceux qui nous

ont aidés de près ou de loin.

REMERCIEMENTS

9


RESUME Le présent rapport traite du prétraitement du naphta au niveau du reformage catalytique à la

société de Raffinage de Zinder (SORAZ). Pour aborder cette problématique nous avons

effectué un stage d’un (1) mois au niveau de la SORAZ avec pour objectif global la

description des différents procédés entrant en jeu à l’unité de prétraitement. Pour ce faire ,la

démarche méthodologique adoptée a consisté tout d’abord à effectuer une recherche

bibliographique sur le sujet; suivi par les opérations pratiques sur le terrain au niveau des

différentes unités que compte la raffinerie de Zinder et des entretiens avec les responsables

des différentes installations qui nous ont permis de savoir concrètement les conditions dans

lesquelles les opérations de prétraitement du naphta sont réalisées.

Mots clés : Raffinage, prétraitement, naphta, adoucissement.

Abstract This report addresses the treatment of naphtha catalytic reformer level the refining company

Zinder (Soraz). To tackle this issue, we conducted a one month internship at the Soraz with

the overall aim of describing the processes at play in the pretreatment unit. To do this, the

adopted methodological approach was fist to perform bibliographic research on the subject,

followed by practical field operations in the various units that make up the zinder refinery

and interviews with leaders of different facilities that have allowed us to actually know the

conditions in which the raw processing operations are carried out.

Keywords: Refining, pretreatment, naphtha, softening.

10


INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

11


Contexte et justification

Le fonctionnement des installations d’une raffinerie est caractérisé par un certain nombre de

principe régissant à la fois les conditions de fonctionnement aussi bien que la qualité des

produits fini récupérés à l’issu des transformation mis en œuvre dans ces installations , pour

ce faire un certain nombre des dispositions techniques et opérationnels sont prévus , en tête de

liste de ces dispositions se retrouvent les opérations de prétraitement qui ont pour rôle

principale la préparation des matières premières aux conditions et spécifications d’entrée des

installations devant les accueillir dans l’optique de :

débarrasser les coupes pétrolières des impuretés qu’elles contiennent pour limiter

voire empêché les phénomènes de corrosion induits par ces impuretés sur les

équipements qui sont extrêmement onéreux,

favoriser les transformations des matières premières souhaitées et non des impuretés

pour rehausser le niveau qualitatif et quantitatif

Ce stage est sanctionné par un rapport de stage suivi d’une soutenance.

Le choix du thème de stage sur « le prétraitement de la coupe naphta au niveau du reformage

catalytique», a été guidé par la raison selon laquelle la caractéristique essentielle des essences

utilisées dans les moteurs à explosion réside de la valeur de son indice d’octane qui

détermine la qualité de la carburation ainsi qu’un fonctionnement correct du moteur, et c’est à

juste titre que ce rapport est dédié à l’unité permettant d’améliorer significativement cette

caractéristique essentielle des essences .

Il s’agit là, de l’unité qui représente le maillon fondamentale de la raffinerie car c’est là que

les produits intermédiaires provenant de la distillation atmosphérique sont destinés afin

d’améliorer leur qualité en fonction des exigences du marché.

Les objectifs du rapport

L’objectif général de ce travail est l’analyse des conditions dans lesquelles s’effectue le

processus de prétraitement du naphta.

Quant aux objectifs spécifiques ils sont définis comme suit:

Identifier les différentes opérations de prétraitement du naphta,

Maitriser le déroulement du processus de prétraitement,

Maitriser le principe de prétraitement du naphta.

12


L’approche méthodologique

Pour aboutir à la mise en forme finale de ce document la méthodologie suivante a été retenue,

il a été question :

Dans une première mesure d’effectuer une recherche bibliographique des documents

en rapport avec le thème développé afin de mieux cerner le sujet d’étude ;

Dans un second temps la démarche développée à consister à effectuer les opérations

de terrain englobant les activités pratiques ainsi que des entretiens ouverts avec les

agents en charge du fonctionnement des installations et des personnes ressources

pour avoir une idées claire sur le principe de fonctionnement des unités ainsi que la

conduite des opérations

Définition des concepts

Coupe Naphta : fraction pétrolière issue de la distillation atmosphérique dont les

caractéristiques ne répondent pas aux spécifications industrielles.

Prétraitement : opération antérieure du procédé de reformage catalytique.

Invertisser : rendre une surface ou un élément inactif à travers l’ajout d’azote.

Difficultés rencontrées

Dans la réalisation de ce travail, nous avons rencontré pas mal de difficulté dont entre autre :

Insuffisance des bus de transport sur le tronçon base de vie -usine, ce qui oblige

parfois les stagiaires à parcourir 4km à pied de la base de vie à l’usine ;

Manque des équipements de protection individuel en quantité suffisante, ce qui

empêche l’accès dans l’usine pendant un certain temps ;

Insuffisance des ingénieurs dans les différentes unités, ce qui décourage énormément

les apprenants

Dégradation très avancée de L’état de la route Zinder-Soraz, ce qui rend le

déplacement très compliqué.

Malgré ces difficultés, nous avions pu parvenir à quelques résultats. Ces derniers sont

structurés en trois parties dont la première est consacrée à la présentation de la zone d’étude

en l’occurrence la soraz, la deuxième sur les généralités concernant le processus de

prétraitement, quant à la dernière elle est axée sur le processus de prétraitement mis en œuvre

à la soraz.

13


CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA SORAZ

Introduction

La société de raffinage de Zinder qui est notre lieu d’accueil pour ce stage de fin de cycle

DUT (diplôme universitaire de technologie) est la première société moderne nigérienne en

matière de traitement du pétrole brut et de production qualitative et quantitative des produits

pétroliers. Nous verrons son historique, sa situation géographique, son organisation, sa forme

juridique, ses activités et enfin l’organigramme de cette raffinerie.

I.1 Historique :

Le Niger et la République Populaire de la Chine entretiennent de très bonnes relations de

coopération et d’amitié. L’Amitié et le maintien de cette vieille Coopération entre nos deux

pays a permis la concrétisation de la convention d’exploitation, de raffinage et d’exportation

du pétrole Nigérien.

Le projet de la construction de la raffinerie a démarré en Octobre 2008 suivi d’une cérémonie

de la pose de la première pierre autour de laquelle les deux parties cotisent les actions en 6/4,

et coopèrent sur le principe de l’amitié (Chine-Niger).

La cérémonie de sa mise en fonctionnement a eu lieu en date de 28 septembre 2011,

cérémonie ayant permis la décoration de plusieurs employés Chinois pour service rendu à la

Nation par son Excellence le président de la république de l’époque.

I .2 Fiche signalétique de la SORAZ :

La fiche ci-après récapitule les principaux aspects de la soraz :

14


Tableau I.1. Fiche signalétique de la soraz

Raison sociale Société anonyme (SA)

Effectifs

Le personnel de la soraz est de733 dont 304

chinois et 429 nigériens, toutes catégories

confondues (operateurs, techniciens,

ingénieurs et cadres administratifs), chacun

a un CDI avec la Soraz.

Capital social 10000000FCFA

Actionnariat Deux actionnaires : l’Etat nigérien avec 40%

et la CNPC 60%.

Registre de commerce RCCM-NI-ZIN-2010-E-061

Adresse BP : 170

Superficie 600 hectares.

Capacité de production 1million de tonne/an

Capacité de stockage

GPL 4 Sphères dont chacun fait 2000m3, au total

8000m3

Essence 4 réservoirs à toit fixe chacun fait 10.000m3

au total 40.000m3

Gasoil 3 réservoirs en voûte dont chacun fait

20.000m3, au total 60.000m3

Pâte fuel oïl (slurry) 4 réservoirs à toit fixe dont chacun fait

10.000m3, au total 40.000m3

Le brut 4 réservoirs à toit flottant de 20.000m3, au

total 80.000m3

Capacité de traitement 20 000barils/jour.

Source : Direction des Ressources humaines Soraz, 2015

15


I. 3 Situation géographique

La raffinerie est située au nord de Zinder, ville au sud de la république du Niger ; une ville

bien desservie par des voies de transport aérien et routier. La position géographique de cette

ville représente un point important d’intersection des voies routières est-ouest du pays, ainsi

qu’une traversée de la route transsaharienne. Zinder est équipée d’un petit aéroport à environ

1 000 km de la capitale du pays, Niamey.

La SORAZ est situé à 55,1 km au Nord de la ville de Zinder dans le département de Tanout à

5 km de Bakin Birji (commune rural d’Olelewa) soit 1001 km à l’Est de Niamey.

Elle couvre une Superficie de 600 hectares.

Figure I.1 : carte de localisation de la soraz et des différents blocs exploités

et explorés

Source : Wikipédia, avril 2016

I .4 Mission de la soraz

La société de Raffinage de Zinder (SORAZ) est une société nigérienne qui opère dans le

domaine de l’énergie. Elle traite du pétrole brut qui lui vient directement du champ

16


pétrolifère d’Agadem via des pipe-lines afin de couvrir le besoin des clients en quantité et

en qualité.

I.4.1 Capacité et Produits :

La SORAZ a une capacité de production d’un million de tonnes par an, et offre une large

gamme de produits dont :

l’essence ;

kérosène

le gasoil ;

le GPL ;

le fuel domestique;

et gaz combustible pour sa propre consommation.

La SORAZ produit 20 000 barils/jour dont les 7000 sont destinés à satisfaire la consommation

du Niger, et le reste à l’exportation.

17


Figure I.2 : Schéma récapitulatif des activités de production de la SORAZ

Source : département des ressources humaines, soraz, 2015

I.5 Organisation de la SORAZ :

La SORAZ est une entreprise qui dispose d’un bâtiment destiné à l’administration, siège du

département des ressources humaines, département des finances, département de HSE,

département de ventes, département des achats, département de la production et celui de la

maintenance, etc.…

I.5.1 Les différents départements de la soraz et leurs rôles :

I.5.1 .1 Département de production :

Le département de production est très complexe, il comprend trois (3) unités à savoir :

L’unité 1 : Fluid Catalytic Cracking (FCC), unité de craquage catalytique du fluide ;

CDU

FCC

CRU

DHT

Adoucis

sement

de l’

essence

Adoucisse

ment du

GPL

Brut Naphta

Diesel

RAT

GPL

Diesel

Essence

GPL

Diesel

Essence

Diesel

Essence

Diesel

Slurry

Diesel

GPL

18


L’unité 2 : Catalytic Reforming Unit (CRU), unité de reformage catalytique ;

L’unité 3 : Crude Distillation Unit (CDU), unité de distillation atmosphérique, de

stockage et chargement des produits finis.

I.5.1.2 Département de maintenance

Rattachée à la direction du matériel, la maintenance s’articule sur deux services essentiels :

l’un fonctionnel (études, méthodes, inspection, magasin et un suivi budgétaire) et l’autre

opérationnel (ateliers, instruments, laboratoire). Une équipe également opérationnelle, auprès

de la production assure les réglages, les dépannages et l’aiguillage des mouvements du

produit dans les conduites.

I.5.1.3 Département de sécurité et environnement

Ce département quant à lui, s’occupe de l’environnement professionnel de manière à ce qu’il

soit optimum (convivial et sécurisé) pour la santé et le bien être des travailleurs. Il s’intègre

dans le vaste domaine de la santé au travail en complément de la médecine du travail et de

l’ergonomie.

I.5.1.4 Les utilités :

L’usine de la société constitue des utilités composées de 2 unités à savoir :

L’unité 4 : Unité de traitement des eaux usées, et de production d’eau à la société ;

L’unité 5 : Power station, unité de production d’électricité nécessaire au

fonctionnement de la société.

19


Figure I.3 : organigramme de la soraz

Source : Direction de ressources humaines soraz, 2016

Conclusion

Depuis son ouverture, la SORAZ a toujours assuré une production de qualité dans le respect

des normes environnementales, et la promotion du développement. Elle a comme objectifs

l'unité, la coopération, la science, la rigueur, l'innovation, le gagnant-gagnant, afin d’assurer

le développement économique de l'Etat du Niger et contribuer à approfondir d’avantage les

relations amicales entre les peuples de la Chine et du Niger.

20


CHAPITRE II : GENERALITE SUR LE PRETRAITEMENT DU

NAPHTA

Introduction

Depuis le début du raffinage, différentes méthodes de traitement ont été utilisées pour

éliminer les composés non hydrocarbonés, les impuretés et les autres constituants qui peuvent

nuire aux caractéristiques de performance des produits finis ou réduire l’efficacité des

procédés de conversion. Le traitement comporte à la fois des réactions chimiques et une

séparation physique, comme la dissolution, l’absorption ou la précipitation, faisant appel à

une variété et à une combinaison de procédés. Les méthodes de traitement comprennent

l’élimination ou la séparation des composés aromatiques et des naphtènes, ainsi que

l’élimination des impuretés et des contaminants indésirables.

II.1. Le prétraitement de la fraction naphta :

II.1.1. Hydrotraitement

La fraction naphta, sortie en tête de colonne contient un mélange de tous les gaz et du naphta

total (point final d'ébullition (PF) 180 °C, ou 150 °C si les besoins en kérosène sont élevés).

Avant de faire la séparation en différentes petites fractions, on va passer ce naphta dans une

unité d'hydrotraitement afin d'enlever tout le soufre qu'il contient. Cette unité consiste en une

boucle véhiculant de l'hydrogène, pressurisé par un compresseur, au travers d'un réacteur

contenant un catalyseur. Celui-ci facilite la transformation des composés soufrés en sulfure

d'hydrogène (H2S), plus facile à évacuer par combinaison irréversible avec le ZnO sur un

catalyseur en platine employée à 400ºC. La réaction étant consommatrice d'hydrogène, un

appoint est fait en permanence, en général depuis l'unité de reformage catalytique, productrice

d'hydrogène. L'essence et le sulfure d'hydrogène formé sont séparés dans des ballons

séparateurs successifs, dans lesquels on va soutirer un gaz riche en hydrogène renvoyé dans la

boucle et une essence riche en sulfure d'hydrogène. L'essence est ensuite strippée : elle est

ainsi débarrassée du sulfure d'hydrogène qui est évacué en tête du stripeur, sous forme de gaz

acides traités dans les unités d'amines. Ce concept de boucle réactionnel est identique pour les

unités d'HDS de gazole.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Naphta

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz

https://fr.wikipedia.org/wiki/K%C3%A9ros%C3%A8ne

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A8ne

https://fr.wikipedia.org/wiki/Compresseur_m%C3%A9canique

https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_%28chimie%29

https://fr.wikipedia.org/wiki/Catalyseur

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sulfure_d%27hydrog%C3%A8ne


https://fr.wikipedia.org/wiki/Amine_%28chimie%29

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gazole

21


En effet, le soufre est un produit très corrosif et les catalyseurs contenus dans d'autres unités

vont être détruits et deviennent inactifs au passage des produits soufrés. D'autre part, les

autres produits commerciaux extraits de ce naphta tels que le propane, le butane ne doivent

pas non plus contenir du soufre ou des composés sulfurés.

Aussi, avant de fractionner ce naphta en des coupes plus étroites, on enlève le soufre, contenu

dans cette fraction, en le faisant combiner avec de l'hydrogène pour former du sulfure

d'hydrogène de formule H2S, qui part vers une unité Claus pour en faire du soufre liquide. On

peut aussi garder la coupe naphta total telle quelle sans faire de nouveaux fractionnements et

l'utiliser comme charge pour le cracker à la vapeur.

L'hydrogène utilisé vient de l'unité de reformage catalytique.

II.1.2. Stabilisation du naphta

La fraction du naphta total issue de l'hydrotraitement et débarrassée de son soufre est envoyée

comme charge dans un stabilisateur (ou fractionnateur). Cette colonne fonctionne avec un

taux de reflux très élevé sous une pression de l'ordre de 5 à 10 bars afin d'éliminer tous les gaz

et ajuster la tension de vapeur de la coupe naphta. À la sortie de cette unité, tous les gaz C4-

(c’est-à-dire le butane et tous les gaz plus légers que celui-ci) sont envoyés vers l’unité « gaz

plant » pour être traités.

Dans le stabilisateur (appelé encore débutaniseur) le naphta qui reste est séparé en deux

fractions : le naphta léger et le naphta lourd. Le premier a un point final de distillation de

80 °C (ou de 100 °C) et le dernier peut avoir un point final de distillation de 150 °C ou de

180 °C selon qu'on cherche à avoir une coupe restreinte ou étalée de kérosène.

En effet si on a besoin de fabriquer une grande quantité de kérosène, dans ce cas, on coupe le

naphta à 150 °C, dans le cas contraire, on fixe le point final de distillation à 180 °C et parfois

même vers 185 à 190 °C.

Le naphta léger est envoyé au stockage comme base de mélange (ou blendstock en anglais)

pour être utilisé plus tard dans la fabrication des carburants.

Le naphta lourd est envoyé ensuite en charge (feedstock) pour alimenter l'unité de « reformage

catalytique ».

https://fr.wikipedia.org/wiki/Propane

https://fr.wikipedia.org/wiki/Butane

https://fr.wikipedia.org/wiki/Soufre

https://fr.wikipedia.org/wiki/Compos%C3%A9_organo-sulfur%C3%A9



https://fr.wikipedia.org/wiki/Reformage_catalytique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Naphta

https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9butaniseur

22


Il faut signaler ici que le naphta léger, lourd et total stabilisé peut également être envoyés en

charge (liquide ou vapeur) au vapocraquage.

II.2. Le principe du procédé :

Le traitement des matières premières de reformage comprend des processus techniques

comme : la pré-hydrogénation, déchloration à haute température, stripage et première

distillation. L’objectif consiste à découper l’essence venant de la distillation directe de

l’installation atmosphérique et l’essence usiné pour la seconde fois après le raffinage

d’hydrogénation et produire des fractions qui satisfont bien les exigences de matières

premières de reformage, ainsi à enlever les impuretés et l’eau qui sont néfastes pour le

catalyseur de reformage.

L’effet de pré-hydrogénation sert à enlever les saletés dans l’huile de matière première et à

protéger le catalyseur de reformage. Au cours de la pré-hydrogénation, sous l’effet du

catalyseur et de l’hydrogène, les composés chimiques comme le soufre, azote et oxygène dans

les matières premières vont produire une réaction d’hydrogénation et produire H2S, NH3 et

H2O éliminatoires au séparateur à haute tension et au stripeur. Le carbure éthylénique aux

matières premières va produire l’hydrocarbure saturé suite à l’hydrogénation. Les métaux

comme arsenic, cuivre et plomb dans les matières premières vont être absorbés aux

catalyseurs et enlevés plus tard. Puisque la thermorayonnance suite à la réaction

d’hydrogénation est presque pareil avec la perte thermique du réacteur, il n’existe pas de

montée de température au réacteur.

II.3. Les procédés d’hydrotraitement

L’hydrotraitement permet d’éliminer environ 90% des contaminants, y compris l’azote, le

soufre, les métaux et les hydrocarbures non saturés (oléfines) présents dans les fractions

pétrolières liquides, comme l’essence de distillation directe. L’hydrotraitement est semblable

à l’hydrocraquage, les deux procédés utilisant de l’hydrogène et un catalyseur pour augmenter

la teneur en hydrogène de la charge d’oléfines. Cependant, le degré de saturation est plus

faible que celui obtenu par hydrocraquage. Normalement, l’hydrotraitement s’effectue avant

des opérations comme le reformage catalytique, pour éviter que le catalyseur ne soit

contaminé par la charge non traitée. L’hydrotraitement est aussi pratiqué avant le craquage

catalytique pour réduire la teneur en soufre, améliorer les rendements et convertir les fractions

de distillats moyens en kérosène fini, en carburant diesel et en fioul de chauffage.

23


Les procédés d’hydrotraitement varient selon les charges et les catalyseurs.

L’hydrodésulfuration élimine le soufre présent dans le kérosène, réduit les composés

aromatiques et les caractéristiques de formation de gommes et sature les oléfines.

L’hydroformage est un procédé de déshydrogénation permettant de récupérer l’hydrogène en

excès et d’obtenir des essences à indice d’octane élevé. Les produits hydrotraités sont

mélangés à d’autres produits ou sont utilisés comme charges de reformage catalytique.

Dans l’hydrodésulfuration catalytique, la charge est désaérée, mélangée à de l’hydrogène,

préchauffée, puis introduite sous haute pression dans un réacteur catalytique à lit fixe.

L’hydrogène est séparé et recyclé, puis le produit est stabilisé dans une colonne d’épuisement,

dont on soutire les fractions légères. Au cours de cette opération, les composés soufrés et

azotés présents dans la charge sont convertis en sulfure d’hydrogène (H2S) et en ammoniac

(NH3). Le sulfure d’hydrogène et l’ammoniac résiduels sont enlevés par entraînement à la

vapeur, passage dans un séparateur haute et basse pression ou lavage dans une solution

d’amines, ce qui permet d’obtenir un mélange très riche en sulfure d’hydrogène dont il est

possible d’extraire le soufre élémentaire.

Figure II.1 : Procédé d'hydrodésulfuration

24


Lors de l’hydrotraitement, il faut maintenir au plus bas niveau possible la teneur en sulfure

d’hydrogène de la charge pour réduire la corrosion. Il peut y avoir formation de chlorure

d’hydrogène qui se condensera sous forme d’acide chlorhydrique dans les zones moins

chaudes de l’unité. Il peut aussi y avoir formation d’hydrosulfure d’ammonium dans les unités

fonctionnant à température et pression élevées. En cas de rejet, il y a un risque d’exposition

du personnel à des vapeurs de naphta aromatique contenant du benzène, du sulfure

d’hydrogène ou de l’hydrogène; en cas de fuite ou de déversement d’eau acide, il y a un

risque d’exposition de l’ammoniac. Il peut aussi y avoir présence de phénols lors du

traitement de charges possédant un point d’ébullition élevé.

Un temps de contact excessif ou une température trop élevée entraîneront la formation de

coke dans l’unité. Lors du déchargement du catalyseur enrobé de coke, il faut prendre des

précautions pour éviter que le sulfure de fer ne provoque un incendie. Il faut, dans ces cas,

refroidir le catalyseur jusqu’à une température inférieure à 49 °C avant de procéder à son

déchargement, ou le placer dans des conteneurs inertisés à l’azote et le laisser refroidir avant

de le manipuler. On peut utiliser des additifs antis mousses spéciaux pour prévenir la

contamination du catalyseur par la silicone entraîné dans la charge de l’unité de cokéfaction.

II.4. Conditions d’opération du système de prétraitement

Tableau II.4.a. Conditions d’opération du système de réaction de pré-

hydrogénation

catalyseur

RS-1

pression de réaction 2,35 MPa

température de réaction pour la première

période

280 °C

Température de réaction pour la deuxième

période

320 °C

Vitesse d’air volumique de réaction 4 h- 1

ratio volumique entre hydrogène et huile 90

Source: les données ci-dessus sont fournies par l’Institut d’Etudes scientifiques du Pétrole

chimique de China Pétrole.

25


Tableau II.4.b. Conditions d’opération du stripeur et de la colonne de

fractionnement

Source: les données ci-dessus sont fournies par l’Institut d’Etudes scientifiques du Pétrole

chimique de China Pétrole.

Conclusion

Le processus de prétraitement de la coupe Naphta regroupe l’ensemble des opérations

d’épuration (désulfuration, dénitrations, déshydratation,...) qui sont des étapes cruciales

(permettant de préserver l’intégrité des équipements avals) par lesquelles le naphta doit passer

avant d’être envoyé vers l’unité de reformage catalytique.

stripage Colonne de fractionnement

Température de la tête de tour 78°C 97°C

Température du bas de tour 229°C 186°C

Pression d’opération(en haut

de la tour)

1,1MPa 0,4MPa

Taux de reflux 0,3(pour l’alimentation dans

la tour)

3,32(pour le produit)

26


CHAPITRE III : PROCESSUS DE PRETRAITEMENT DU NAPHTA A

LA SORAZ

Introduction

Beaucoup de travaux ont été effectué dans l'industrie pétrolière qui recherche les solutions

économiques pour répondre à de nouvelles caractéristiques de réglementation et produire des

carburants à haut indice d’octane via les procédés de transformation, de conversion et de

valorisation. Avant de subir ces opérations le naphta qui constitue une bonne partie des

produits intermédiaires, doit passer par le système de prétraitement pour produire l’essence de

haute qualité dans des meilleures conditions et garantir l’efficacité des équipements en

réduisant la corrosion.

III.1. spécification technique de l’unité de prétraitement

La capacité annuelle de la section de prétraitement de naphta est de 100 000 tonnes, cette

section prend le naphta de première distillation venant de l’installation de distillation

atmosphérique et le naphta hydrogéné venant de l’installation de raffinage hydrogéné du

diesel comme matières premières afin de produire le composant d’essence d’indice d’octane

élevé, ainsi que des sous-produits comme le gaz contenant de l’hydrogène, le gaz liquéfié et le

gaz-fuel, dont le C5+ est conçu selon l’indice d’octane RON 93 de l’huile générée de

reformage. Selon l’aménagement unifié de la raffinerie, cette présente installation, de

raffinage d’hydrogénation du diesel et l’installation de purification de l’hydrogène (PSA)

constituent le complexe d’installations No.02.

III.2. spécifications de la charge naphta

Les principales spécifications de la charge naphta sont :

Densité à 15°C : 0,7437

ASTM : PI 47°C

50% distillé 147,5°C

PF = 179.5°C.

27


III.2.1.caractéristiques chimiques de la charge

Tableau III.1 : Les groupements chimiques présents dans la charge et leurs

pourcentages

Groupements chimiques Taux (en %) volumique

Paraffine IP 41,83 78,88

NP 37,05

Oléfine 0,02

Naphtène 19,52

Aromatique 1,58

Benzène 0,7

Source : laboratoire de la SORAZ

III.2.2. Impuretés contenues dans la charge

Les principales impuretés rencontrées dans la charge sont :

L’eau

Le soufre

L’oxygène, l’azote, les métaux lourds, et les produits chlorés

III.3. Processus de prétraitement du Naphta

Deux types de produits communément appelés Naphta issus des coupes pétrolières (essences

lourdes) constituent la matière première qui entre dans le processus de prétraitement au niveau

du reformage.

Le naphta mélangé et le naphta hydrogéné sont tous entrés au réservoir de choc (D101)

d’alimentation de pré-hydrogénation à partir de leurs installations propres. Après la montée de

la pression dans la pompe d’alimentation à pré-hydrogénation (P101A/B), l’huile du réservoir

de choc d’alimentation (D101) va être mélangée avec l’hydrogène du compresseur

(K101A/B) à hydrogène circulé, en passant par l’échangeur de chaleur pour l’alimentation de

pré-hydrogénation (E101A/B/C/D/E/F) et le bassin d’alimentation de pré-hydrogénation

(F101), le mélange entre finalement au réacteur de pré-hydrogénation (R101).

28


A l’aide de la pompe de pré-hydrogénation (P105), le mélange d’agent inhibiteur au réservoir

de remplissage d’eau (D107) va entrer au refroidisseur d’air pour produits de pré-

hydrogénation (A101) ou bien dans l’échangeur de chaleur pour l’alimentation de pré-

hydrogénation (E101E/F).

Figure III.1 : Schéma fluide pour le système de pré hydrogénation

Source : Règlement d’opération relatif à l’unité 2

29


III.3.1. Description du catalyseur utilisé dans le réacteur de prétraitement

Le catalyseur intervient au niveau de la première phase, celle de la préhydrogénation, il est à

base de platine du type RS-1.

III.3.2. Les réactions mis en jeu

III.3.2. a. Réaction de désulfuration

Le soufre contenu dans les matières premières réagit avec l’hydrogène afin de produire le

sulfure d’hydrogène (H2S) et les hydrocarbures désulfurés. Les composés chimiques à faible

point d’ébullition qui contiennent du soufre sont plus faciles à désulfurer que ceux à haut

point d’ébullition. La difficulté de la désulfuration va augmenter avec la croissance des

atomes de soufre dans les hydrocarbures suivant l’augmentation de leur nombre d’atome de

carbone.

Les composés chimiques contenant du soufre aux fractions de pétrole sont classifiés en types

suivants: thiol, éther sulfuré, sulfines centrales, thiophène, benzothiophène, etc. En vue de

réaliser l’hydrogénation et la désulfuration, on suit les principales réactions suivantes :

L’activisme de réaction des sulfines organiques dans la réaction d’hydrogénation et de

désulfuration sera diminué selon l’ordre suivant, en fonction de différentes structures

moléculaires et de dimensions de molécules:

RSH＞RSSR＞RSR＞thiophène

III.3.2.b. Réaction de dénitrations

Le processus d’hydrogénation et de dénitrations sert à réaliser la dénitrations des composés

hétérocycliques. Les composés de l’hydrogène aux fractions de pétrole sont classifiés en 3

catégories:

Amine grasse et amines aromatiques;

30


Composés hétérocycliques alcalis du type de pyridine et de quinoline;

Nitrures non alcalines du type de pyrrole et de carbazol.

Parmi tous les nitrures, la capacité de réaction pour amine grasse est la plus puissance. Les

amines aromatiques (Alkyl amines) sont difficiles à réaliser la réaction. La réaction

d’hydrogénolyse pour ceux qui comprennent les nitrures est comme suit:

Parmi les composés hétéros atomiques, la réaction d’hydrogénation pour les composés

d’azote est la plus difficile. Lorsque la structure moléculaire est similaire, la réaction

d’hydrogénation pour les 3 composés hétéro atomiques est classifiée selon leur niveau de

difficulté comme suit:

Composés d’azote＞composés d’oxygène＞composés de soufre.

III.3.2.c. Réaction de désoxygénation :

La teneur des oxydes dans le pétrole et les produits pétroliers est faible. Dans le pétrole brut, il

y a des acides naphténiques, des acides grasses, les esters, les éthers et du phénol. Au cours de

la distillation, ces composés chimiques vont être décomposés partiellement et repartis dans les

différentes fractions. Dans les fractions de pétrole, on rencontre souvent le cas où les

composés d’oxygène sont naphténiques.

Réaction d’hydrogénolyse de tous les composés d’oxygène:

31


III.3.2.d. Réaction saturée d’hydrogénation à carbure éthylénique

La teneur des carbures éthyléniques dans le naphta distillé directement est faible, il faut

réaliser la saturation d’hydrogénation avant d’alimenter le reformage. S’il y a du naphta usiné

pour la seconde fois, à cause de la teneur élevée de carbure éthylénique, il y a encore une

certaine quantité de carbure éthylénique, bicarbure éthylénique et éthylénique cyclénique, qui

demandent de saturer ces carbures éthyléniques avec hydrogénation.

III.3.2.e. Réaction de déchloration

Il existe 2 types de chlore dans le pétrole brut : un type de chlore existe sous la forme

organique, l’autre existe sous la forme inorganique. Cependant le chlore dans le naphta distillé

indirectement existe sous la forme organique, dont la teneur en chlore est relative avec la

source du pétrole brut.

Le chlore organique sera transformé en celui inorganique en passant par le réacteur de pré-

hydrogénation. En passant par le réservoir de déchloration, on applique la méthode

d’absorption chimique pour enlever le chlore inorganique.

C-C-C-C-C-Cl + H2→C-C-C-C-C + HCl

III.3.2.f. Réaction de démétallisation

Les impuretés métalliques aux matières premières (comme arsenic, plomb, et cuivre, etc.)

existent sous forme de combinés organiques métalliques.

32


Aux conditions d’hydrogénation, les composés organiques métalliques vont être d’abord

absorbés au catalyseur pour décomposition sous l’effet d’hydrogénation. Les métaux seront

restés à la surface du catalyseur et enlevés à partir de l’huile.

III.3.3. Paramètres influençant le processus de traitement

III.3.3 .a Température de réaction

L’augmentation de la température de réaction est favorable à l’accélération de la réaction

d’hydrogénation pour enlever les impuretés, cependant une température trop élevée va

accélérer la réaction de craquage et diminuer le taux de liquide, de plus, avec l’accélération de

formation du coke la durée de vie du catalyseur va raccourcir.

Le mieux serai donc d’avoir une température moyenne de service et de l’augmenter au fil de

l’exploitation à fin de compenser la perte de performance du catalyseur.

III.3.3.b Pression de réaction

L’augmentation de la pression de réaction indique principalement la sous-pression

d’hydrogène, qui pourrait accélérer la réaction d’hydrogène, faciliter l’enlèvement des

impuretés, diminuer le coke sur le lit catalytique et prolonger la durée de vie du catalyseur,

cependant, la montée de pression va accélérer la réaction de craquage, réduire le taux de

liquide et augmenter les frais d’opération.

III.3.3.c Ratio de l’hydrogène contre l’huile au processus de réaction

Lorsqu’on augmente le ratio de l’hydrogène contre l’huile, on augmente également la pression

d’hydrogène, qui favorise la réaction d’hydrogénation, réprimer le coke au catalyseur et

facilite l’export de chaleur de réaction, cependant si le ratio de l’hydrogène contre l’huile est

excessif, le temps de réaction sera raccourci, qui est défavorable à enlever les impuretés, de

plus, le ratio de l’hydrogène contre l’huile très élevé va augmenter la consommation

d’énergie.

Conclusion

Il faut retenir que le prétraitement de naphta s’effectue en trois étapes principales : pré

hydrogénation, stripage et le fractionnement. Le naphta prétraité n’est pas purement de

l’huile, il contient toujours des impuretés à très faible teneur.

33


CONCLUSION GENERALE

34


Pour satisfaire les besoins en carburants, à l’échelle nationale, dans la raffinerie de Zinder, il

nous a été confié la tâche d’étudier le prétraitement du naphta dans l’unité de reformage

catalytique.

La prise en compte des effets corrosifs issus des impuretés contenues dans la charge naphta, la

réduction voire même l’élimination totale des impuretés sera l’idée maitresse de ce système.

La raffinerie de Zinder sera donc confrontée à cette préoccupation : d’une part pour maintenir

l’efficacité de l’installation de reformage et d’autre part pour éviter l’usure prématurée des

équipements.

Pendant l’élaboration de ce travail, nous avons pu suivre le procédé de prétraitement de la

coupe naphta à travers les différents systèmes (pré hydrogénation, stripage et fractionnement)

et nous avons pu relever :

La description de la chaine de prétraitement de naphta

Les différentes spécifications de la charge naphta

Les différents paramètres qui interviennent dans le prétraitement de naphta.

La raffinerie de Zinder avec ses cinq (05) d’expérience a une bonne organisation du travail,

une rapidité dans l’exécution des tâches et une bonne maitrise de la sécurité de ses agents et

un sérieux contrôle de l’environnement. En plus d’être une occasion pour nous de mettre en

pratique nos connaissances théoriques, ce stage a été une préparation à la vie professionnelle.

35


BIBLIOGRAPHIE

36


Rapport

Harouna Mahamane, F. (2015). Système de collecte et de transport des déchets solides dans

l’arrondissement communal Maradi I. Rapport de stage DUT. IUT de Zinder, Zinder, Niger.

Ouvrage

SORAZ. (2010). Règlement d’opération relatifs à l’installation de reformage catalytique.

Mémoire

Elarbi Eddant Y. (2014). Etude de performances de l’unité de d’isomérisation de la raffinerie

d’Arzew. Mémoire de master. Université de science et de technologie d’Oran, Algérie.

Site

http://www.ilocis.org/fr/documents/ilo078.htm, consulté le 13 Août 2016

http://www.ilocis.org/fr/documents/ilo078.htm

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ANNEXES

38


ANNEXE 1 : Forme juridique

La SORAZ est une société anonyme (SA) de droit nigérien qui dispose d’un capital de 10.000.000 FCFA

reparti à la hauteur de 40% pour le Niger et 60% pour la Chine. La SORAZ est dirigée par un conseil

d’administration qui est composé de 7 membres.

Diagramme des actionnaires de la SORAZ

Niger40%Chine

60%

39


ANNEXE 2: PLAN DE LA SORAZ

40


ANNEXE 3 : Reformage catalytique : prétraitement.

LE PRETRAITEMENT DE LA COUPE NAPHTA AU NIVEAU DU REFORMAGE CATALYTIQUE

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