L’industrie pétrolière D’après Patrick Cognet, http://www.inp-toulouse.fr/

La chimie Chimie de base Transformation de matières premières banales : eau, air, sel, soufre, gaz naturel, calcaire, sable ... Acides inorganiques Bases inorganiques Engrais Gaz Chimie minérale Chimie de base Chimie organique Composés du carbone obtenus à partir de : végétaux, houille, pétrole, gaz naturel Biochimie Carbochimie Pétrochimie

RAPPELS ORGANIQUE MINERAL  Chimie organique  Chimie minérale • Composés du C (+ H, O, N) • Chimie des composés des autres + non métaux Cl, Br, I, S, P ... Éléments + CO, CO2, RCN  Composés organiques  Composés minéraux • formés de liaisons covalentes • formés de liaisons ioniques • rarement solubles dans l’eau • électrolytes solubles dans l ’eau • F et Eb bas : la plupart sont liquides • F et Eb élevés; la plupart sont à T, P ordinaires cristallisés à T ordinaire • r voisine de 1 • r variable et souvent élevée • décomposés thermiquement • grande stabilité thermique • presque tous combustibles • rarement combustibles  Réactions organiques  Réactions minérales • souvent lentes, réversibles et • souvent rapides et totales incomplètes • effets thermiques forts • souvent faibles effets thermiques (exo-, endothermiques)

TOP 50 DES PLUS FORTS TONNAGES (USA, 1991) Chimie minérale 18. dioxyde de carbone 19. méthyltertiobutyléther 20. éthylbenzène 21. styrène 22. méthanol 23. acide téréphtalique 24. toluène 25. formaldéhyde 26. xylènes 27. acide chlorhydrique 28. p-xylène 29. oxyde d ’éthylène 30. éthylèneglycol 31. sulfate d ’ammonium 32. cumène 33. potasse 34. acide acétique 1. acide sulfurique 2. azote 3. éthylène 4. oxygène 5. ammoniac 6. chaux 7. acide phosphorique 8. soude 9. chlore 10. propylène 11. carbonate de sodium 12. urée 13. acide nitrique 14. nitrate d ’ammonium 15. 1,2-dichloroéthane 16. benzène 17. chlorure de vinyle 35. oxyde de propylène 36. phénol 37. butadiène 38. noir de carbone 39. acrylonitrile 40. acétate de vinyle 41. sulfate d ’aluminium 42. cyclohexane 43. oxyde de titane 44. acétone 45. silicate de sodium 46. acide adipique 47. sulfate de sodium 48. alcool isopropylique 49. chlorure de calcium 50. caprolactame

Grands groupes de l’industrie chimique (CA 1989, hors activités pétrole et énergie), M$ HOECHST RFA 24414 BAYER RFA 23031 BASF RFA 22269 ICI GB 21557 DU PONT USA 21402 EASTMAN KODAK USA 18398 DOW CHEMICAL USA 17600 CIBA-GEIGY Suisse 12597 SHELL GB-NL 11902 RHÔNE-POULENC France 11440 FERRUZI Italie 10931 EXXON USA 10600 AKZO NL 8835 Elf Aquitaine France 8820 Union Carbide USA 8744 MONSANTO USA 8680 SANDOZ Suisse 7639 BRISTOL MYERS SQUIBB USA 7057 MERCK USA 6550 SOLVAY Belgique 6517 RHODIA AVENTIS TOTAL

de cultures ou d’élevages Matières premières naturelles organiques 2 types renouvelables épuisables Obtenues à partir de gisements Obtenues à partir de cultures ou d’élevages Gaz naturel Pétrole Charbon Grands produits alimentaires - céréales (blé, riz, maïs, orge …) - oléagineux (soja, arachide, olive …) - sucres (betterave, canne à sucre) - produits tropicaux (thé, café, cacao) - productions animales (bovins, porcins, ovins) Bois - celluloses, lignine Latex de l ’hévéa - caoutchouc naturel Coton, laine, cuir, tabac Plantes aromatiques - huiles essentielles

Pétrole Gaz naturel Houille Principales filières de la chimie organique de base Ethylène Propylène Butylènes benzène Toluène Xylènes Méthane Pétrole Gaz naturel Méthane Aromatiques Acétylène Houille Huiles, graisses Déchets Biomasse Molécules complexes Synthons pour la chimie fine stéroïdes, alcaloïdes

Pic de Hubbert 1956

Évolution de la production de pétrole

Traitement du pétrole Pétrole = mélanges complexes d’hydrocarbures (C1 à C40) 2 types de traitement : 1/ Séparation = raffinage, fractionnement des mélanges  on ne change pas la nature des constituants (=distillation) 2/ Traitement de certaines fractions  modifications de la composition (craquage, réformage ...) PETROCHIMIE

Distillation à pression 1 Distillation du pétrole Gaz liquéfiables C3-C4 : jusqu ’à 20 °C Brut Distillation à pression atmosphérique Distillation sous pression réduite Ether de pétrole C5-C6 : de 20 °C à 60 °C Naphta C6-C7 : de 60 °C à 100 °C Essence C6-C12 : de 60 °C à 200 °C Fioul Huiles de graissage Paraffines Bitume Kérosène C12-C18 : de 175 °C à 275 °C Gas oil > C18 : plus de 275 °C

FRACTIONS DE DISTILLATION DU PETROLE Accueil HUILE BRUTE C O L N E D I S T A Gaz (Eb < 20 °C Essence (Eb = 20-150 °C) Pétrole lampant ou kérosène (Eb = 180 - 230 °C) Gas oil (Eb = 230 - 300 °C) Fuel (Eb = 300 - 400 °C) Lubrifiants ( Eb = 400 - 500 °C) Fuel lourd (Eb > 500 °C) Asphaltes CH4, C2H6, C3H8, C4H10 mêmes composés que gaz naturel majorité brûlée Essence ordinaire fractions légères : éther de pétrole fractions lourdes : solvants Coupes C11-C12 : carburants des moteurs à réaction Coupes C13-C17 : carburants des moteurs diesel et chauffage Coupes C18-C25 : chauffage C26-C38 : lubrification craquage -> fractions + légères Mazout (chauffage), craquage catalytique -> fractions + légères Pavage, revêtements ...

2 Traitement des coupes pétrolières Craquage (traitement du gasoil) traitement thermique (avec ou sans catalyseur) des fractions lourdes fractionnement des molécules coupure de liaisons C-C Réformage (traitement des essences) traitement thermique (avec catalyseur) ex : augmentation de l’indice d’octane, obtention d’aromatiques isomérisation, cyclisation, déshydrogénation Vapocraquage (traitement du naphta et du gasoil) (hydrocarbures + vapeur d’eau) à T élevée (800 °C) production d’alcènes, d’aromatiques

Principales filières de transformation PETROLE BRUT NAPHTA GASOIL VAPOCRAQUAGE ETHYLENE PROPENE butène isobutène butadiène REFORMAGE CATALYTIQUE BENZENE toluène xylènes DEPARAFFINAGE Paraffines

Dérivés de l’éthylène Oxyde Glycol d’éthylène Ethers de glycol ETHYLENE Pétrochimie 100 % Oxyde d’éthylène Ethanol Ethanal Dérivés chlorés Chlorure de vinyle Acétate de vinyle Polymérisation Ethylbenzène -> styrène Glycol Ethers de glycol Ethanolamines Polyéthers Chloral Acide acétique Aldol, butadiène Textiles polyesters, antigels, explosifs Solvants, peintures, vernis ... Tensioactifs, cosmétiques Pharmacie, cosmétiques, solvants Solvant, synthèse Colorants, insecticides (DDT) Rayonne, insecticides Elastomères Solvants, dégraissants Chlorure de polyvinyle, objets moulés, feuilles Polyéthylènes, objets moulés, feuilles, films Acétate de polyvinyle, peinture, adhésifs (voir dérives du benzène) 2 500 000 t/an

Dérivés du propène Oxyde Propylèneglycol dé propylène Alcools « oxo » PROPYLENE Pétrochimie 100 % Oxyde dé propylène Alcools « oxo » Propan-2-ol Acrylonitrile Tétrachlorométhane Chlorure d’allyle Polymérisation Cumène -> phénol + acétone Solvants, antigels, fluides hydrauliques, détergent, polyuréthanes Solvants, synthèse Synthèse, acétone, solvant Fibres textiles, résines, élastomères, peintures Dérivés fluorés et chlorofluorés (Fréons, bombes aérosols, fluide frigorifique) Résines glycérophtaliques, peintures, explosifs, pharmacie Polypropylènes, résines thermoplastiques, plastifiants, détergents (voir dérives du benzène) glycérol Propylèneglycol 1 500 000 t/an

Dérivés du benzène Cumène Phénol Acétone Ethylbenzène Styrène BENZENE Pétrochimie 90 % Carbochimie 10 % Cumène Ethylbenzène Alkylbenzènes Cyclohexane Dérivés nitrés Dérivés chlorés Anhydride maléïque Phénol Acétone Sulfonates Acide adipique Caprolactame Résines, colorants, explosifs, pharmacie, nylon ... Solvant, synthèse (méthacrylate de méthyle …) Polystyrène, objets moulés, isolation , emballages Détergents Nylon 6/6 Nylon 6, perlon Colorants, insecticides, solvants, produits phytosanitaires Colorants, explosifs Résines polyesters, plastifiants, pesticides Styrène 700 000 t/an