steam-cracking (vapocraquage) (suite)
En modifiant les conditions opératoires, le procédé s’adapte à des matières premières pétrolières très diverses, dont le choix obéit aux lois économiques, en se portant sur le produit disponible au meilleur prix, mais en tenant compte du rendement en éthylène. Aux États-Unis, on craque traditionnellement de grandes quantités d’éthane et de propane, obtenues en surplus lors de la purification du gaz naturel (méthane). En Europe et au Japon, la charge de steam-cracking la plus intéressante, sous-produit du raffinage du pétrole et longtemps disponible à bas prix, est l’essence directe, provenant de la première distillation du brut, qu’il s’agisse de gasoline (essence légère) ou de naphta (essence lourde). Mais on pourrait aussi bien partir de butane ou de gasoil, suivant la valeur du marché.
Les principales réactions qui se produisent au cours du craquage sont les suivantes.
• La chaîne des atomes de carbone peut se briser, certaines molécules se divisant alors pour donner des oléfines (éthylène, propylène) et des dioléfines (butadiène).
• D’autres hydrocarbures, comme l’éthane, subissent une déshydrogénation
• Des chaînes droites d’atomes de carbone peuvent se cycliser en anneaux benzéniques (aromatisation).
Le rendement en éthylène sur naphta est de 20 p. 100 à 800 °C, mais peut atteindre 30 p. 100 en poussant à 900 °C ; sur éthane, on obtient par recyclage jusqu’à 80 p. 100.
Le vapocraqueur
La réaction s’opère dans un four de pyrolyse équipé de tubes en acier inoxydable formant un serpentin parcouru par le mélange d’hydrocarbures et de vapeur d’eau ; elle est suivie d’un brusque refroidissement (trempe) dans un générateur de vapeur afin de limiter la formation de polymères indésirables.
La séparation des produits se fait en trois temps.
1. Une distillation chaude comportant plusieurs colonnes retient les coupes lourdes (fuel-oil et essence).
2. Le mélange de gaz est recomprimé, lavé à la soude et séché.
3. L’éthylène et le propylène sont extraits de ce mélange par liquéfaction et distillation froide grâce à des cycles successifs de compression, de détente et de fractionnement.
Des épurateurs complémentaires sont prévus pour éliminer l’oxyde de carbone contenu dans l’hydrogène et pour se débarrasser de l’acétylène.
Un vapocraqueur est un ensemble complexe de matériels coûteux et délicats, dont la surveillance et la conduite sont facilitées par l’adjonction d’un ordinateur de contrôle. Le coût élevé d’une telle installation incite au gigantisme, l’investissement pour une très grosse unité n’étant que 75 p. 100 de celui qui est nécessaire à deux unités de taille moitié moindre. La capacité des plus récentes installations atteint 500 000 t d’éthylène par an, nécessitant plus de 2 Mt par an de naphta ; le coût de telles unités est de l’ordre de 190 MF.
Implantation
Intermédiaire entre le raffinage et la chimie, le vapocraquage est une étape qui peut se situer soit dans l’une, soit dans l’autre usine. Un certain nombre de raffineries de pétrole dotées de vapocraqueurs peuvent être reliées entre elles et aux utilisateurs d’éthylène par un réseau de pipe-lines (éthylénoducs), par exemple entre Lavéra-Berre et la région Rhône-Alpes. L’implantation en raffinerie facilite la réutilisation de l’hydrogène, du fuel-oil et de l’essence de pyrolyse, dont on peut extraire les précieux aromatiques ou que l’on peut hydrogéner pour l’incorporer au supercarburant. En revanche, elle nécessite le transport, jusqu’aux usines chimiques, de l’éthylène, du propylène et de la fraction C4, contenant le butadiène, matière première des élastomères. La capacité de production d’éthylène en Europe, qui dépasse aujourd’hui 6 Mt par an, est en cours de doublement.
A.-H. S.
➙ Aromatiques (hydrocarbures) / Cracking / Essence / Éthylène / Four / Gaz / Pétrochimie / Polymère semi-organique et inorganique / Propylène / Raffinage.
