Les énergies fossiles et leur transformation

Houille

La houille est une roche sédimentaire et combustible d’origine organique. Il est formé par la transformation de matière organique accumulée. Cela s’accompagne de processus biologiques, biochimiques, géologiques et géochimiques , appelés carbonisation . La matière est alors enrichie en carbone élémentaire. La houille contient généralement entre 75 et 92 %de C, tandis qu’une autre variété de charbon, l’anthracite , peut en contenir jusqu’à 97 %. Ces processus sont extrêmement longs et se déroulent dans des conditions spécifiques de température et de pression. La transformation de la houille comprend :

• Cokéfaction – est le processus le plus important pour le traitement chimique de la houille . Le résultat est du coke . Le charbon est chauffé à une température de 900 à 1 100 ᵒC, sans accès à l’air. Dans ces conditions, le combustible se décompose et il se forme du coke (sous forme de résidu solide) et un mélange de gaz, appelés produits de cokéfaction légers. Dans le processus de cokéfaction, il est important de bien préparer la matière première pour la cokéfaction afin que le produit final soit de bonne qualité, c’est-à-dire qu’il présente une granulation, une porosité et une résistance mécanique appropriées. La qualité de la houille est ici importante. Le processus de préparation du charbon implique le pesage, le broyage et le mélange.
• Gazéification – l’essence de ce processus est la transformation du charbon extrait en un gaz doté de propriétés énergétiques. La gazéification de la houille est réalisée dans des installations industrielles spécialement adaptées à cet effet . Le processus de gazéification se déroule en présence d’air ou d’oxygène pur. Il est important de noter que la houille – la matière première entrant dans le réacteur de l’usine de gazéification – ne doit pas nécessairement être de la plus haute qualité. Le charbon contaminé s’y prête également bien. Cependant, le degré de pureté de la matière première détermine la qualité du produit. Le gaz de synthèse, produit par gazéification du charbon, constitue un substitut important au gaz naturel dans l’ industrie chimique .

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Huile brute

Le pétrole brut est un mélange complexe de composés chimiques . Sa composition (environ 80-90 %) est majoritairement constituée d’hydrocarbures liquides ou d’hydrocarbures solides dissous. Le pétrole brut est principalement constitué d’hydrocarbures paraffiniques, aromatiques et cycloparaffiniques. En plus de ce qui précède, des composés organiques contenant des éléments tels que l’oxygène, le soufre ou l’azote dans leurs structures se trouvent également dans le pétrole brut. Selon l’endroit et l’endroit où l’ huile est extraite , son apparence et sa composition chimique varient. Sa composition en hydrocarbures et la présence d’autres composants affectent le choix et le déroulement de son traitement. Le traitement de base du pétrole brut comprend :

• Distillation – ce processus vise à séparer le pétrole brut en fractions individuelles (d’où le nom de distillation fractionnée), qui peuvent ensuite être utilisées indépendamment ou envoyées pour un traitement ultérieur. Les installations de distillation de brut se composent de deux systèmes de distillation à un étage. La première est une distillation sous pression atmosphérique et la seconde est une distillation sous pression réduite. Sous distillation atmosphérique, trois fractions principales sont obtenues : le naphta de première distillation (plage d’ébullition 30-200 ᵒC), le kérosène (175-300 ᵒC) et l’huile de paraffine (275-400 ᵒC). Le résidu de la colonne de distillation atmosphérique – le mazut – bout à des températures supérieures à 350 ᵒC. Il est séparé lors de l’étape suivante du traitement du pétrole, qui implique une distillation sous pression réduite. Le vide et l’ajout de vapeur réduisent considérablement les points d’ébullition des hydrocarbures. Cela permet de les séparer les uns des autres sans risque de décomposition thermique. Les produits de la distillation sous vide du mazut sont le gazole sous vide, les distillats paraffiniques et un produit intermédiaire pour un traitement ultérieur.
• Craquage catalytique – les fractions individuelles de pétrole brut contiennent principalement des hydrocarbures aliphatiques à longue chaîne . Dans l’industrie, la plus grande demande concerne l’essence, qui est un mélange d’hydrocarbures dont les chaînes comportent entre 5 et 12 atomes de carbone. Le craquage catalytique, au cours duquel les liaisons carbone-carbone des molécules à longue chaîne sont rompues, permet d’obtenir de tels composés. La fissuration est généralement initiée thermiquement ou catalytiquement. Les principales réactions se produisant lors du craquage catalytique sont la rupture des liaisons CC dans les alcanes , la déshydrogénation des naphtènes, la rupture des cycles des hydrocarbures naphténiques et la polymérisation des alcènes .
• Reformage – le reformage est un autre processus de raffinage du pétrole, qui vise à extraire autant d’essence que possible. Au cours de ce processus, les hydrocarbures ayant des chaînes carbonées droites dans leurs molécules sont transformés en composés ramifiés et/ou aromatiques. Le reformage s’applique aux distillats d’essence, ainsi qu’aux produits de craquage des coupes pétrolières les plus lourdes. Ce processus est extrêmement important car sous son influence, l’indice d’octane de l’essence augmente (isomérisation, déshydrocyclisation, aromatisation), ce qui augmente considérablement sa qualité. De plus, des quantités importantes d’hydrogène gazeux sont produites lors du reformage. Il est utilisé dans les hydroprocédés tels que l’hydroraffinage et l’hydrocraquage.

Gaz naturel

Le gaz naturel est un autre combustible fossile non renouvelable d’importance énergétique. C’est un combustible gazeux. On le trouve souvent dans les gisements de pétrole, soit sous forme de fraction séparée, soit dissous dans celui-ci. Selon l’emplacement du réservoir, il existe plusieurs types de gaz naturel : riche en méthane, riche en azote, sec et humide. Le premier d’entre eux est le plus important, car il contient le plus de méthane dans sa composition, jusqu’à 98 %. De plus, le gaz naturel contient également (en quantités variables) de l’éthane , du propane , du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, de l’azote et de l’hélium. Surtout, le gaz naturel n’a pas d’odeur. Afin de détecter rapidement sa fuite, il est parfumé avec des substances spéciales afin qu’il puisse être facilement détecté. Le gaz naturel extrait du champ est assez fortement contaminé. Ainsi, pour qu’il puisse être utilisé par les consommateurs, il doit subir des processus de purification. Le traitement du gaz naturel repose sur eux. Les étapes clés de ce processus comprennent :

• Déshydratation – consiste à éliminer l’humidité contenue dans le gaz. Certains contaminants sont également éliminés. La vapeur d’eau présente dans le gaz naturel provoque la corrosion des canalisations et conduit également à la formation d’ hydrates , c’est pourquoi il est nécessaire de sécher le gaz naturel avant de le rejeter dans le réseau. Le liquide séparé est appelé eau de formation. Il est acheminé vers des installations de stockage spéciales, puis purifié. Les méthodes utilisées pour déshydrater le gaz naturel sont l’absorption (glycols), l’adsorption (sels de chlorure de calcium et de magnésium) et les techniques membranaires.
• Élimination du dioxyde de carbone – ce processus est souvent appelé décarbonation. Avec le soufre, le dioxyde de carbone est l’un des polluants les plus nocifs du gaz naturel. Le CO ₂ est un gaz acide. Il réagit facilement avec la vapeur d’eau contenue dans le gaz et forme de l’acide carbonique . Bien qu’il s’agisse d’un acide de faible puissance, il a un impact négatif, entre autres, sur les systèmes de transport de gaz en raison de ses propriétés corrosives. La décarbonation du gaz naturel est donc nécessaire.
• Désulfuration – la présence de soufre dans le gaz naturel, par exemple sous forme de sulfure d’hydrogène, est très préjudiciable. Il affecte non seulement la qualité du gaz utilisé comme combustible, mais possède également des propriétés toxiques et corrosives. Le sulfure d’hydrogène est un gaz hautement toxique. L’éliminer des gisements de gaz naturel constitue également une étape importante vers la protection de l’environnement. Les procédés de désulfuration utilisent généralement des méthodes d’adsorption physique et de chimisorption. Le charbon actif et les zéolites, entre autres, sont d’une efficacité satisfaisante en tant qu’adsorbants éliminant le H _2. L’absorption s’effectue généralement par réaction chimique avec des masses naturelles (par exemple la fonte des tourbières). L’une des méthodes les plus efficaces pour éliminer le sulfure d’hydrogène est l’oxydation contre un catalyseur, appelée procédé Claus. Il s’agit de récupérer le soufre élémentaire du H ₂ S contenu dans le gaz.

Tourbe

La tourbe est un combustible fossile aux propriétés uniques. Il est considéré comme le « plus jeune » des charbons fossiles. La formation de tourbe implique la transformation des débris accumulés, principalement des matières végétales. Ces processus sont connus sous le nom de touréification. Ils se produisent à une teneur élevée en humidité et avec un accès limité à l’oxygène. Les tourbes sont divisées en tourbes homogènes et hétérogènes, caractérisées par une composition mixte. La tourbe est séparée du lignite par une limite conventionnelle de teneur en carbone élémentaire de 65 %en poids. Après extraction, la tourbe est divisée en trois fractions, selon la granulométrie : petite, moyenne et grosse. La tourbe fraîchement extraite est généralement très acide, c’est pourquoi des additifs tels que la poudre de dolomite sont souvent utilisés pour réduire cette acidité.