Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
H

hydrogénation (suite)

L’hydrodésulfuration

Le raffinage à l’hydrogène a trouvé la première et la plus répandue de ses applications dans la désulfuration*, qui tend à se substituer, un peu partout, à l’utilisation de réactifs chimiques pour l’épuration des produits pétroliers : en effet, les raffineries ont été dotées, il y a une vingtaine d’années, de reformings catalytiques fournissant de l’hydrogène excédentaire et permettant d’hydrodésulfurer, à l’aide de catalyseurs au cobalt-molybdène sur alumine, qui sont robustes, peu onéreux et faciles à régénérer, donc dans des conditions économiques, toute une gamme de produits :
— les gas-oils et les carburéacteurs ;
— les gaz liquéfiés et les essences ;
— les charges destinées à être traitées dans les crackings, reformings et autres procédés catalytiques, le soufre et ses dérivés étant des « poisons » pour les catalyseurs, dont ils détruisent l’activité de manière irréversible.

Au contraire, la désulfuration des fuel-oils, résidus de la première distillation du pétrole brut, a longtemps été considérée comme non économique, car elle exige une fabrication spéciale d’hydrogène : la consommation de ce dernier croît comme la teneur en soufre du produit à traiter, beaucoup plus élevée dans les fractions lourdes.

Par exemple, le pourcentage en poids du soufre contenu dans les coupes tirées d’un brut du Moyen-Orient, typiquement sulfureux (Koweit), est de l’ordre de 0,1 p. 100 pour le kérosène, de 1 p. 100 pour le gas-oil, de 4 p. 100 pour le résidu. La désulfuration d’un tel résidu, provenant d’une raffinerie qui traiterait cinq millions de tonnes de brut, demanderait environ 60 t/j d’hydrogène, ou dix fois plus que ne pourrait fournir le reforming. Pour que le procédé soit rentable, il faudrait que le fuel-oil désulfuré à 1 p. 100 de soufre puisse être vendu au double du prix du fuel-oil ordinaire, ce qui ne se justifie que dans des régions du globe soumises à des mesures antipollution draconiennes.


Les hydrotraitements

On peut grouper sous le nom de traitement à l’hydrogène un certain nombre de procédés de raffinage faisant appel à l’hydrogénation pour améliorer la qualité de produits très divers.
1. L’essence de pyrolyse, sous-produit de la fabrication d’éthylène par steam-cracking, possède un excellent indice d’octane, mais doit être débarrassée de certains hydrocarbures malodorants et instables, dioléfines et acétyléniques provoquant des dépôts gommeux dans les moteurs de voitures, qui peuvent s’éliminer par hydrogénation sélective.
2. Les lubrifiants et les paraffines doivent subir un traitement final améliorant la couleur, l’odeur et la stabilité du produit commercial : les anciens procédés à la terre décolorante sont généralement remplacés aujourd’hui par un finissage à l’hydrogène.
3. Certains solvants industriels, ou white-spirits pour la peinture, exigent l’élimination des aromatiques à caractère toxique. Cette opération peut actuellement être réalisée par une conversion saturante sous atmosphère d’hydrogène.

Parmi les nombreux autres procédés de raffinage et de pétrochimie faisant appel à l’hydrogénation figurent l’isomérisation — pour transformer les hydrocarbures à chaîne droite en isoparaffines à chaîne ramifiée — et la désalkylation du toluène et du naphtalène, qui transforme ces produits en benzène.


L’hydrocracking

Dernier-né de l’industrie du raffinage, ce procédé consiste à craquer et à hydrogéner simultanément des hydrocarbures lourds, ce qui exige trois conditions :
— une source abondante d’hydrogène ;
— des catalyseurs appropriés ;
— la conjonction de températures élevées — 450 °C et au-delà — et de pressions extrêmement hautes, entre 100 et 200 bars.

Les réactions chimiques qui se produisent alors sont des plus complexes et concernent la quasi-totalité des hydrocarbures présents, transformant complètement leur structure. À partir d’un distillat lourd ou d’un résidu, l’hydrocracking reconstitue un véritable pétrole brut synthétique en recréant les produits légers manquants, gaz liquéfiés, essence, pétrole et gas-oil, qui ont en plus l’avantage d’être désulfurés à l’avance.

Suivant la nature des catalyseurs et les conditions de marche utilisées, le procédé se caractérise par une extraordinaire souplesse d’adaptation au programme de raffinage ; en réalité, il existe toute une gamme d’hydro-crackings différents, suivant que le produit recherché sera :
— l’essence, comme c’est le cas aux États-Unis, où la demande est très supérieure à celle des combustibles pétroliers industriels et domestiques, généralement remplacés par le gaz naturel, l’hydrocracking étant d’ailleurs né de la recherche faite sur ce problème ;
— le naphta, matière première pour la pétrochimie, dont il y a pénurie dans les raffineries européennes alimentant des steam-crackings géants ;
— le gas-oil, dont les besoins sous forme de fuel-oil domestique (gas-oil de chauffe) croissent beaucoup plus vite, en Europe, que ceux du fuel-oil résiduaire sulfureux, d’où l’apparition de l’hydrocracking pour la conversion de distillat sous vide en gas-oil ;
— les lubrifiants. (Un procédé d’hydrocracking à sévérité élevée vient d’être mis au point pour fabriquer des huiles de plus haute qualité que celles qui étaient obtenues jusqu’ici par l’extraction au solvant classique.)

Procédé de pointe de la technologie pétrolière actuelle, l’hydrocracking repose sur l’utilisation de catalyseurs brevetés dont la composition exacte n’est pas divulguée, mais dont on sait qu’ils contiennent un promoteur de craquage (silice-alumine) et un promoteur d’hydrogénation à caractère métallique (platine, oxyde de tungstène, nickel ou palladium).

Pour atteindre la fiabilité industrielle, l’hydrocracking suppose résolus, d’autre part, les problèmes posés par les équipements à haute pression et, en particulier, la construction de réacteurs capables de résister à la corrosion et à l’action de l’hydrogène, tout en ayant l’épaisseur de paroi voulue, 150 à 250 mm. Deux techniques sont en présence pour arriver à ce dernier résultat :
— la paroi monolithique, forgée ou en tôles épaisses cintrées et assemblées par soudure ;
— la paroi multicouche, obtenue par superposition de cylindres minces enfilés à chaud, ou par enroulement spiralé de tôle mince.