Unité de distillation atmosphérique

1. L’unité de distillation atmosphérique

L’unité de distillation atmosphérique est l’unité de base d’une raffinerie ; elle sert à obtenir les coupes pétrolières les plus importantes, les plus utilisées et les plus couteuses à savoir : le GPL, le Naphta, Le kérosène et le gasoil.

Dans l’unité de distillation atmosphérique, la colonne est l’équipement essentiel ,c’est une colonne géante de 50m de hauteur, 70 plateaux et un diamètre de 8.74m , travaillant à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique (≈ 1.5 atm), elle est construite en acier inoxydable et coûte environ 1 million de Dollars.

La colonne atmosphérique reçoit le brut dessalé et préchauffé par les échangeurs ou par deux  recirculations venant de la colonne qui jouent deux rôles : le préchauffage du brut entrant et l’amélioration de la qualité de distillation empêchant les grosses molécules de s'entraîner vers le haut.

Durant son fonctionnement il faut contrôler : la pression, les différentes températures les débits de : Distillat, reflux, niveau haut et bas de liquide de re-bouillage, GPL, Naphta, Kérosène et Gasoil.

A la tète de colonne il faut que la température soit supérieure à 110°C pour éviter la condensation de l’eau dans les plateaux de tète et causer leur effondrement.  

 

Les produits soutirés :

1-Gaz légers : ce sont les gaz associés ou dissous dans la phase huile : H/C (C1…….C4), H2O, N2, CO2, H2, H2S… Ces gaz sont envoyés vers l’unité de GPL.

 

2-GPL : C’est le premier liquide le plus léger, il est reçu à température ambiante jusqu’à 38°C il est obtenus après condensation dans l’échangeur de reflux puis il est  envoyé vers l’unité de GPL.

 

3-Naphta : C’est la coupe de l’essence en général, elle comprend les H/C de C5 à C10 , elle est soutiré après condensation à partir de 40°C jusqu’à environ 190°C, et elle est dirigée vers l’unité de désulfuration en cas où le brut contient un pourcentage de soufre sous forme de Mercaptans (R-S-H, R-S-S-H, H2S …etc.)

 

4-Kérosène : C’est la fraction la plus lourde après le naphta reçue entre 160°C et 250°C, avant de l’envoyer vers la commercialisation, sa qualité doit être améliorée dans un stripper qui est une colonne en acier inoxydable de diamètre 2m, de hauteur 5m contenant 6 plateaux où de la vapeur d’eau est envoyée de bas en haut pour entraîner en haut la phase légère et améliorer ainsi la qualité du Kérosène. Le kérosène doit être envoyé vers la désulfuration et/ou le stockage.

 

5-Gasoil : C’est la coupe la plus lourde après le kérosène (250-350°C), elle est dirigée vers le stripper à la vapeur pour améliorer sa qualité avant de l’envoyer vers le stockage et/ou la commercialisation ou le craquage pour obtenir une coupe plus légère.

 

 

6-Le résidu atmosphérique : C’est le reste de la distillation atmosphérique où la température est d’environ 360°C, et crainte d’un craquage thermique qui touche le brut, on limite la distillation à une température de bas à 360°C. Ce résidu est traité par une deuxième colonne dite la colonne de distillation sous vide-1 qui travaille à une pression plus basse et une température plus élevée.

Si la quantité de résidu atmosphérique est supérieure ou égale à 30% du volume du brut, une colonne de distillation sous vide-1 est installée. Cette unité travaille à une pression proche de 100mmHg et une température allant de 350°C à 400°C. Dans la colonne de cette unité on obtient une quantité de Gasoil moins importante que celle obtenue dans la colonne atmosphérique et des huiles où on utilise de l’eau chaude comme fluide de condensation pour éviter le colmatage des huiles et leur solidification. Le résidu restant est appelé résidu sous vide-1.

Si la quantité de résidu sous vide-1 est importante, une troisième colonne dite colonne sous vide-2 travaillant à (10 mmHg 400-450°C) sert à extraites les huiles restantes, les graisses et enfin le résidu restant est appelé Bitume.

Exercice

Une unité de distillation atmosphérique de capacité 1000 m3/h reçoit du brut dessalé préchauffé par une batterie d’échangeurs après dessalage de 130°C jusqu’à 180°C puis chauffé par un four de 180°C jusqu’à 350°C avant d’entrer dans la colonne atmosphérique.

La distillation TBP du brut montre que ce brut contient les coupes suivantes :

*  3%  en masse de GPL avec les gaz dissous et 25% en masse de Naphta  (40-160°C) qui se dirigent vers le condenseur de tête. Les gaz se dirigent vers l’unité de GPL tandis-que le Naphta liquide se dirige vers la désulfuration.

*  20% en masse du kérosène (160-250°C) qui se dirige vers le stripper puis la désulfuration.

* 21% en masse du gasoil  (250-350°C) qui se dirige vers le stripper puis vers le craquage catalytique.

* Le reste est un résidu atmosphérique  >350°C qui se dirige vers la distillation sous vide.

1- Calculer en kg/h le débit massique de chaque coupe si la densité du brut est 0.8.

2- Calculer le débit calorifique absorbé par le brut dessalé dans la batterie d’échangeurs.

3- Calculer le débit calorifique absorbé par le brut préchauffé dans le four. Cp (brut)= 2 J/g/K

4- Tracer le schéma simplifié de cette unité.

5- Quelle est le débit massique du soufre (S) entrant dans la colonne si la teneur en soufre du Naphta et du kérosène est respectivement 3 ppm et 2 ppm ?     S : 32 g/mol.

6- Quel est le rôle du stripping à la vapeur ? Et comment élimine-t-on cette vapeur de la colonne de distillation atmosphérique ?

7- Pourquoi la température à la tète de la colonne atmosphérique ne doit pas-être inférieure à 110°C ?