Lahmaza Ibtissam PDF

‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬
BADJIMOKHTAR-ANNABAUNIVERSITY
UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA ‫جامعت باجي مختار– عنابت‬
Faculté des Sciences de l’Ingéniorat Année 2017

Département de Génie des Procédés
Spécialité : Génie des Procédés
MEMOIRE
Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master
ETUDE VEREFICATIVE DES PERFORMANCES DE

CATALYSEUR ATIS-2L DE L’UNITE D’ISOMERISATION
(RA1/K) DE SKIKDA
Présenté par :
LAHMAZA IBTISSAM
DIRECTEUR DE MEMOIRE : EL.GUECHI, M.C.A, Université Badji Mokhtar- Annaba
Devant le jury :
Président : KHERRAT ROCHDI , Pr, Université Badji Mokhtar-Annaba
Membre : GHODBAN ILHEM, M.A.A, Université Badji Mokhtar-Annaba
DEDICACE
A travers quelques mots exprimant ma grande gratitude et ma

profonde affection, dans ce petit espace, je m’adresse ce modeste
travail :
A ma précieuse mère, qui m’a encouragé à avancer et qui m’a donné

tout son amour.
A la mémoire de mon père qui nous a quittés il y a 1 an.
ET aussi à mes sœurs chacune par son prénom, et mes nièces et mes
neveux surtout ma nièce SARAH qui toujours pense à moi dans ma
présence et mon absence.
A mes frères chacune par son prénom.
A tous les membres de ma famille.
A tous mes amis et collègues sans exception.
A tous ceux qui m’ont aidé de près ou loin.
IBTISSAM.
REMERCIMENT
En premier lieu, je tiens à remercié mon DIEU, notre créateur pour nous avoir
donné la force pour accomplir ce travail.
Je tiens à notifier un remerciement spécial à mon encadreur pédagogique

𝑀 me guichi.EL
JE tiens aussi à exprimer nos profonds remerciements à nos enseignants de

l’université Badji Mokhtar- Annaba.
Mes derniers remerciements à tous les responsables et le personnel du

complexe RA1K et ceux qui ont contribué de prés et de loin à la réalisation
de ce travail Spécialement Mer : S. Latrech le chef service de l’unité
d’isomérisation et Mer : M. Ouchefouni.
IBTISSAM.
RESUME
RESUME
Ce travail a été réalisé au niveau de la raffinerie de SKIKDA RA1K précisément
dans l’unité 701 (isomérisation).
Cette unité produise l’essence automobile.
On a établi un bilan matière et bilan thermique du procédé dont le but de faire une
étude vérificative de cette unité.
Mot clés : isomérisation, paraffines, iso paraffines
SUMMARY
This work was realized at the SKIKDA refinery precisely RA1K in unit 701 (isomerization).
This unit produces motor gasoline.
It has established a material balance and thermal balance of the process which aims to make
a verificative study of this unit.
Key words: isomerization, paraffin, iso paraffins

Table des Matières
Liste des abréviations……………………………………………………………………. I
Liste des tableaux………………………………………………………………………... II
Liste des figures …………………………………………………………………………. III
Liste des annexes ………………………………………………………………………... IV
Introduction générale………………………………………………………………. 3
La problématique …………………………………………………………………... 4
Chapitre I: Présentation de la raffinerie de SKIKDA
I.1 Raffinerie de Skikda (RA1/K).......................................................................... 5
I.1.1 Situation géographique………………………………………………………. 5
I.1.2 Historique de construction………………………………………………… 6
I.1.3 Organisation de la raffinerie…………………………………………………. 7
I.1.4 Présentation des différentes unités de production…………………………… 8
I.1.5 Présentation des utilités……………………………………………………… 9
I.2 Projet de réhabilitation et adaptation de la raffinerie de Skikda……….. 10
I.2.1 Plan de programme de réhabilitation………………………………………… 13
I.2.2 Plan et programme d'adaptation…………………………………………….. 14
I.2.3 Bilan de production de la raffinerie de Skikda………………………………. 16
Chapitre II : Généralité sur les essences
II.1 Caractérisation des essences…………………………………………………. 17
II.1.1 Propriétés physiques…………………………………………………………. 17
II.1.2 Propriété chimique (indice d'octane)………………………………………… 19
II.2 Formulation des essences……………………………………………………. 24
II.2.1 Spécifications des essences………………………………………………….. 24
II.2.2 Procédés d’obtention des essences…………………………………………... 29
II.3 Essences et environnement…………………………………………………... 31
Chapitre III : Réhabilitation de la raffinerie de Skikda
III.1 Unités hydrotraitement (700/702) et isomérisation (701/703) du naphta léger 32
III.1.1 Unités hydrotraitement du naphta léger…………………………………….. 32
III.1.1.1 Réaction chimique…………………………………………………………… 35
III.1.1.2 Catalyseur HR-506…………………………………………………………... 37
III.1.2 Isomérisation du naphta prétraité (702/703)…………………………………. 39
III.1.2.1 Description de l’unité………………………………………………………... 39
III.1.2.2 Réaction chimique…………………………………………………………… 42
III.1.2.3 Variables de procédé………………………………………………………… 45
III.2 Incorporation du MTBE dans la formulation……………………………….. 46
Chapitre IV : Généralité sur la catalyse
IV.1 Catalyse……………………………………………………………………… 48
IV.1.1 Catalyse hétérogène dans l’industrie………………………………………… 48
IV.1.2 Mécanisme catalytique……………………………………………………..... 49
IV.1.3 Cinétique de la réaction catalytique………………………………………….. 49
IV.2 Catalyseur……………………………………………………………………. 50
IV.3 Caractéristiques et propriétés des catalyseurs industriels……………………. 50
IV.4 Développement des catalyseurs d’isomérisation…………………………….. 52
IV.4.1 Catalyseurs de première génération………………………………………….. 53
IV.4.2 Catalyseurs de deuxième génération…………………………………………. 53
IV.4.3 Catalyseurs de troisième génération………………………………….……… 54
IV.4.4 Catalyseurs de quatrième génération………………………………………… 54
IV.5 Catalyseur ATIS-2L………………………………………………………….. 55
IV.5.1 Caractéristiques de Catalyseur……………………………………………….. 55
IV.5.2 Composition du catalyseur de l’isomérisation ATIS-2L……………………... 55
IV.5.3 Mécanisme du catalyseur……………………………………………………... 56
IV.5.4 Contamination du catalyseur…………………………………………………. 57
Chapitre V. Calcul des performances de l’unité d’isomérisation
VI.1 Calcul du bilan matière et rendements des produits………………………….. 60

VI.1.1Débits massiques des constituants liquides…………………………………... 60
VI.1.2Débits massiques des constituants gazeux……………………………………. 61
VI.1.3Rendements des produits……………………………………………………... 61
VI.1.4Résultats des calculs……………………………………………………….. 61
VI.2Calcul des taux de conversions……………………………………………….. 62
VI.3Calcul des paramètres de fonctionnement de la section d’isomérisation…... 63
VI.3.1 Rapport hydrogène/hydrocarbure (H2/HC)………………………………….. 63
VI.3.2 Vitesse spatiale VVH………………………………………………………… 64
VI.3.3 Chute de température le long du lit catalytique…………………………. 65
VI.4 Perte de charge le long du lit catalytique…………………………………….. 66
VI.5Indice d’octane………………………………………………………………... 67
Conclusion générale………………………………………………………. 70
Bibliographie…………………………………………………………………………... 71
Annexe A Les analyses des produits dans la colonne de déisohexaniseur…………….. 72
Annexe B le suivie de RON d'isomérat légère pendant 30 jours………………………. 73
Annexe C Les analyses de la charge totale (nouveau charge +recycle) pour une journée 74
Liste des abréviations
AXENS IFP : Groupe Technologies.
BHM : Brut Hassi Messaoud.
BTS : Basse Teneur en Soufre.
BTX : Benzène, Toluène, Xylène.
BRI : Brut Réduit Importé.
CFR: Cooperative Fuel Research.
DCS: Distributed Control System
DIH : Dé-Iso-Héxaniseur.
DM2, 2B : DiMéthyl-2,2 Butane.
DM2, 3B : DiMéthyl-2,3 Butane.
ERL : Essence Reformat Léger.
ETBE: Éthyl Tertio Buthyl Ether.
HBNS: Hassi Berkine South
HGO: Heavy Gas-Oil.
ISOM : Isomérisation.
GPL : Gaz de Pétrole Liquéfié.
LGO: Light Gas-Oil.
LNHT: Light Naphta Hydro Treatm
M2P : Méthyl-2 Pentane.
MTBE : Méthyl Tertio Butyl Ether.
MELEX : mélange et expédition
MNO : Nombre d’Octane Moteur.
NA : Normes Algérienne.
PTE : Plomb Tétra Ethyl.
PTM : Plomb Tétra Métyl.
RA1K : Raffinerie de brut de Skikda
RNO : Nombre d’Octane Recherch
TAME : Tertio Amyl Méthyl Ether.
TVR : Tension de Vapeur Reid.
UOP : Universal Oil Products.
Liste des figures
Figure I.1: Situation géographique de la RA1/K dans la zone industrielle de Skikda …………… 5
Figure I.2: Organigramme de la raffinerie de Skikda RA1/K……………………………………. 7
Figure I.3:Schéma du raffinage à la RA1/K avant réhabilitation………………………………… 11
Figure I.4:Schéma du raffinage à laRA1/K après réhabilitation………………………….……… 12
Figure II.1: Diagramme de combustion dans des conditions de cliquetis……………………….... 20
Figure III.1:Schéma simplifié pour la section hydrotraitement……………………………………… 33
Figure III.2: schéma de l'unité d'isomérisation U 701……………………………………………… 41
Figure IV. 1 : Schéma du mécanisme réactionnel……………………………………….…................ 49
Figure IV. 2 : Structure de catalyseur ................................................................................................ 55
Figure V.1 : Evolution des rendements des produits……………………………….…….……….. 61
Figure V.2 : Evolution du rendement d’isomérat………………………………………….............. 62
Figure V.3: taux de conversion en IC5………………………………………………………….. 63

Figure V.4: Evolution du rapport H2/HC…………………………………………………………. 64
Figure V.5: Evolution de la vitesse spatiale………………………………………………………. 65
Figure V.6: Chute de température le long du lit catalytique…………………………..………….. 66
Figure V.7: Perte de charge le long du lit catalytique……………………………….……………. 67
Figure V.8: Evolution de l’indice d’octane de tête DIH en fonction du temps……….………... 68
Figure V.9 Evolution de l’indice d’octane de l’isomérat total en fonction du temps…………... 69

Liste des tableaux
Tableau I.1: Dates des démarrages progressifs des unités de production à la raffinerie de Skikda........... 6
Tableau I.2:Plan de réhabilitation des unités de la RA1K……………………………………………… 13
Tableau I.3 : Plan et programme de réhabilitation des utilités..................................................................14
Tableau I.4:Plan et le programme d’adaptation relatifs au processus…………………………………. 15
Tableau I.5:Plan et le programme d’adaptation relatifs aux utilités………………………………….. 15
Tableau I.6:Bilan de production de la RA1K avant et après la réhabilitation………………………... 16
Tableau II.1:Effet de l’éthylation sur le RON des bases……………………………………………... 22
Tableau II.2:Caractéristiques des additifs……………………………………………………………... 23
Tableau II.3:Caractéristiques de quelques bases de formulation de la raffinerie de Skikda………….. 24
Tableau II.4:Spécifications des carburants automobiles (essences)……………………...…………… 25
Tableau II.5: Spécifications des essences plombées sur le marché intérieur………………………… 26
Tableau II.6: Spécifications des essences sans plomb sur le marché intérieur………………………. 27
Tableau II.7:Spécifications des essences Européennes (EURO2005)………………………………. 28
Tableau II.8: L’évolution de la norme internationale par rapport à l’algérienne……………………… 29
Tableau III.1:Niveau moyen maximum des contaminants dans l’alimentation pour Naphta…….... 34
Tableau III.2:fiche technique du MTBE importé………………………………………………..………47
Tableau IV.1 : Catalyseurs de première génération………………………………………………..….. 53
Tableau IV.2 : Catalyseurs de deuxième génération………………………………………………...… 53
Tableau IV.3 : Catalyseur de troisième génération……………………………………………………. 54
Tableau IV.4 : Catalyseur de quatrième génération…………………………………………………... 54
Tableau IV.5: Niveaux d’impureté maximum admissibles à la sortie des séchoirs d’alimentation…. 59
Tableau IV.6:Niveaux de contaminants maximum admissibles dans l’appoint d’hydrogène…….… 59
Tableau V.1 : Bilan matière de la section réactionnelle………………………………………...….. 61
Tableau V.2 : Calcul du taux de conversion en IC5……………………………………………… 62
Tableau V.3: Evolution du rapport hydrogène sur hydrocarbures en fonction du temps..................... 64
Tableau V.4: Evolution de la vitesse spatiale en fonction du temps…………………………….…… 65

Tableau V.5: Chute de température le long du lit catalytique………………………………………… 66
Tableau V.6: Perte de charge le long du lit catalytique……………….…………….………………… 67
Tableau V.7: l’indice d’octane de l’isomérat légère mesuré durant la période 01/07/2016 au 31/12/2016 …… 67
Tableau V.8: l’indice d’octane de l’isomérat légère mesuré durant la période 01/07/2016 au 31/12/2016……. 68
Introduction générale
INTRODUCTION GENERALE
Le développement de la civilisation et de l’industrialisation se sont indéniablement accompagnées d’une

consommation d’énergie de plus en plus importante. Par ailleurs, comme la majeure partie d’un baril de
pétrole est consommée sous forme d’énergie, d’énormes problèmes d’environnement ont progressivement
imposé des modes de consommation plus contraignants, afin de préserver les équilibres fragiles de la vie sur
terre.
C’est donc dans le but de permettre l’utilisation des pots catalytiques sur les véhicules à moteurs, et de
pouvoir effectuer des traitements post combustion, visant à réduire la pollution par les gaz d’échappement
que les législations des pays industrialisés ont depuis déjà longtemps décidé la suppression pure et simple
des alkyls de plomb (promoteurs d’octane) dans les essences.
En matière de carburant, les raffineries algériennes doivent s’adapter aux marchés des hydrocarbures et
répondre aux exigences internationales. L’industrie du raffinage met en œuvre des techniques de séparation
et de transformation permettant de produire, à partir de pétrole brut, un éventail complet de produits
commerciaux.
Confronté en premier lieu à des problèmes de pollution, les industries pétrolières guidées par des normes
internationales, procèdent toujours à des modifications permanentes de leurs produits.
L’élimination graduelle de l’essence plombée et la demande accrue d’essence à haut indice d’octane,
influent fortement sur l’industrie de raffinage. Les industries pétrolières n’ont pas cessé d’améliorer la
qualité des essences depuis l’apparition de l’automobile sur le marché.
Les raffineurs ont travaillé de façon ardue et persévérante dans le but de satisfaire la demande croissante
du marché en carburant de bonne qualité et en quantité importante et répondre aux exigences des normes
internationales tout en minimisant les effets nuisibles sur la faune, la flore et la santé humaine.
Le plomb utilisé dans l’essence a un avantage remarquable du fait qu’il augmente son indice d’octane. Par
contre, c’est un métal réputé comme étant un polluant de l’air et de l’eau et d’autre part toxique et néfaste
pour la santé puisqu’il est responsable de plusieurs pathologies chez l’homme et l’animal.
Notre pays participe à la conservation de l’environnement par la suppression de l’ajout du plomb dans
l’essence, il vise à compenser la perte d’indice d’octane par l’ajout d’autre composés oxygénés tel que le
méthyle tertio butyle éther (MTBE). Cette reformulation des mélanges des carburants a exigé l’adaptation
d’une stratégie plus fiable en installant une nouvelle unité de production de l’isomérat. Notre travail se situe
dans ce contexte et porte sur l’évaluation des performances de l’unité d’isomérisation de la raffinerie de
Skikda, plus précisément la section LNISOM, ainsi que sur la faisabilité d’amélioration de ses performances.
Etude des performances de l’unité d’isomérisation 3

Pour ce faire, nous commençons notre étude par une brève description de la raffinerie de SKIKDA RA1K.
Le deuxième volet consiste en une généralité sur les essences. Le troisième chapitre consiste en un rappel sur
le procédé d’isomérisation récemment utilisé dans la raffinerie de Skikda avec les mécanismes réactionnels
expliquant les différentes étapes de production. La quatrième partie expose les généralités essentielles de
catalyse et les caractéristiques convoitées des catalyseurs avec plus de spécification sur le catalyseur ATIS-
2L utilisé en procédé LNISOM de la raffinerie de Skikda.
Le dernier chapitre, expérimental, consiste à étudier la performance de la charge catalytique ATIS-2L.
Finalement, nous terminons notre travail par une conclusion générale.
PROBLEMATIQUE
La Société Nationale pour la Recherche, la Production, le Transport, transformation et la

Commercialisation des Hydrocarbures, Activité AVAL Division Raffinage, consciente des défis
majeurs, qu’elle devrait faire face à l’avenir, imposés par la demande progressive du marché en
produits raffinés, et les exigences normatives en matières de santé, sécurité et environnement, s’est
lancée dans un vaste programme de réhabilitation de ses Raffineries pour être au rendez-vous.
Depuis 2013, La nouvelle installation de l’unité isomérisation utilise le catalyseur ATIS-2L de
AXENS pour le but de maximiser la production des essences sans plomb en augmentant la durée du
cycle et le NO (indice d’octane) de l’isomérat. Vu la durée de vie du catalyseur ATIS-2L et
l’exigence de satisfaction des besoins en carburants.
Le suivi de l'unité d'isomérisation a montré que la qualité de l’isomérat est devenu pauvre
(diminution de l’indice d’octane) ceci est due à la diminution de l'efficacité du catalyseur. Pour
compenser cette déficience, il a été recommandé d'augmenter la température d'entrée du réacteur
R1 jusqu'à 120 °C, sachant que la température actuelle est de 114°C.
La question ce qui se pose : est-ce que on a besoin d'augmenter la température d'entrée du réacteur
R1 jusqu'à 120 °C pour obtenir un isomérat qui répond aux spécifications désiré? Ou, y a-t-il
d'autres facteurs qui influent sur sa qualité?
Afin de répondre à ces questions, on a fait une vérification des performances de l'unité
d’isomérisation notamment la section réactionnelle LINSOM.


La partie théorique I. Présentation de la raffinerie de Skikda
INTRODUCTION
Le stage de mise en situation professionnelle a été effectué au niveau de la raffinerie de Skikda. Dans ce qui
suit nous allons présenter ainsi que la raffinerie de Skikda communément appelée RA1K.
I.1 RAFFINERIE DE SKIKDA (RA1/K)
Le complexe de raffinerie de pétrole de SKIKDA, baptisé RA1/K, a pour mission de transformer le pétrole
brut provenant de Hassi Messaoud avec une capacité de traitement (18 millions t/an), ainsi que le brut réduit
importé (277.000 t/an) [1].
I.1.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE
Cette raffinerie est située dans la zone industrielle à 7 Km à l’est de Skikda et à 2 Km de la mer, elle est
aménagée sur une superficie de 190 hectares avec un effectif à l’heure actuelle de 1280 travailleurs environ.
Elle est alimentée en brut algérien par le brut venant de Hassi Messaoud. Le transport du pétrole brut est
réalisé à l’aide d’un Pipe-line à une distance de champs pétroliers jusqu’à le complexe de 760 Km [1].
Figure I.1 : situation géographique de la RA1K dans la zone industrielle de Skikda [1].

I.1.2 HISTORIQUE DE CONSTRUCTION

La raffinerie a été construite en janvier 1976 à la suite d’un contrat signé le 30 Avril 1974 entre le
gouvernement algérien et le constructeur italien SNAM PROGETTI et SAIPEM.
Le démarrage du chantier a commencé le 02 janvier 1976, jusqu’au mars 1980, le démarrage progressif des
unités de production est comme suit :
Tableau I.1: Dates des démarrages progressifs des unités de production à la raffinerie de Skikda [1].
Unité Capacité T/an Date
Topping (U10) 7.500.000 1980
Topping (U11) 7.500.000 1980
Séparation GPL (U30) 306.500 1980
Reforming catalytique (U-100) 1.165.000 1980
Extraction et fractionnement des

285.000 1980
aromatiques (U200)
Cristallisation du para xylène

430.000 1980
Distillation sous vide et oxydation de

277.000
bitume (U70)
1980
Reforming 1.165.000 1993
Parc de stockage (U600) 2.700.000 m3 1980 et 1993
Centrale thermoélectrique 1980 et 1993

I.1.3 ORGANISATION DE LA RAFFINERIE

La structure hiérarchique de la gestion de la raffinerie de Skikda prévoit à son sommet un Directeur de quel
dépend cinq services, techniques de ligne, plus deux de staff comme le montre l’organigramme suivant :
Direction Générale
SONATRACH
Activité Aval
Division Raffinage
Direction du complexe
RA1/K
Secrétariat de
direction
Directeur adjoint Directeur adjoint

Exploitation Réhabilitation
Département : Département :
Commercial Maturation
Production 1 Production 2
Maintenance Approvisionnements
Technique Finances
Département : SIG Département : DRH
Sécurité Administration
Cellule Env. Département :

Moyens Généraux
Figure I.2:Organigramme de la raffinerie de Skikda RA1/K [1].

La raffinerie est équipée des installations suivantes :

• Unité 10/11: distillation atmosphérique (TOPPING);
• Unité 100: prétraitement et de reformage catalytique (MAGNAFORMING); (avant réhabilitation).
• Unité101/103: prétraitement et de reformage catalytique (PLATFORMING).
• Unité 30/31 et 104: traitement et séparation des gaz (GPL).
• Unité 200: extraction des aromatiques.
• Unité 400: cristallisation et séparation du para xylène.
• Unité 500: isomérisation de m, ortho xylène en para xylène.
• Unité 700/701/702/703: isomérisation du naphta léger A.
• Unité 70: distillation sous vide (Production des bitumes)
Les utilités sont :
• Unité 600: stockage, mélange et expédition (MELEX).
• Unité 62: déminéralisation des eaux.
• Unité 1050: centrale thermique électrique et utilités (C. T. E).
• Unité 900: purification de l’hydrogène.
I.1.4 PRESENTATION DES DIFFERENTES UNITES DE PRODUCTION [1]
I.1.4.1 unités de distillation atmosphérique U10-11
Le topping ou la distillation atmosphérique a pour but de fractionner le brut en différentes coupes

stabilisées pouvant être utilisées pour l’obtention de produits finis (naphta, gas-oil, jet). Elles traitent
le brut de Hassi Messaoud pour avoir les produits suivants : G.P.L, Iso-pentane, Naphta A, Naphta B
(65°-150°) Naphta C (150°- 180°) Kérosène (180° -225°) Gasoil léger (225°-320°) Gasoil lourd (320°-360°)
Résidu (>360°).
I.1.4.2 unités de platforming U100 et 103
L’unité 100 appelé auparavant Magnaforming, elle utilisait un catalyseur à base de magnésium.
Actuellement et après revamping les deux unités ont le même type de catalyseur à base de platine
(platforming), les deux unités ont pour but de transformer la Naphta moyenne obtenue du Topping
(réformât) utilisé comme charge pour les unités d’aromatiques (unité 200 et 400). Cette transformation a
pour conséquence une augmentation de l’indice d’octane de 45 à 99 permet ainsi d’utiliser le réformât
obtenu pour la fabrication des essences.
I.1.4.3 unité d’extraction des aromatique U200
L’installation d’extraction des aromatiques a été projeté pour extraire de l’essence réformée des aromatiques
qui seront fractionnées par la suite en benzène et toluène très pures .La charge est constituée par la coupe de
réformât léger provenant directement de la colonne C5 splitter du réformât de l’unité 100.

I.1.4.4 unité de séparation du paraxylène U400
Cette unité est conçue pour récupérer le paraxylène un produit très recherché sur le marché. La charge
venant de l’unité de magnaforming (avant réhabilitation), elle permet par cristallisation de séparer le
paraxylène des autres xylènes (métha-ortho) et éthyle-benzène. Le paraxylène est commercialisé comme
telle, le reste peut être utilisé comme base pour l’obtention des essences ou commercialisé sous forme de
mélange xylènes pouvant être utilisé comme solvant pour la fabrication des peintures, etc.
I.1.4.5 unité de production de bitume U70
L’unité 70 a été conçue pour traiter 271 100 t/an de brut réduit importé (BRI). Elle se compose
principalement d’une colonne de distillation sous vide et d’un réacteur d’oxydation des bitumes. Le produit
de fond de colonne est le bitume routier ordinaire qui est devise en deux parties, une partie vers le stockage
et L’autre partie comme charge à la section d’oxydation où elle sera oxydée au moyen de l’air en bitume
oxydé.
I.1.4.6 unités de séparation et traitement des gaz U30-31-104
Ces unités sont destinées à traiter les gaz liquides venant des unités 10, 11,100 et 103 dans l’ordre suivant:
- Unité 30 : Traite le gaz liquide qui vient de l’unité 100 en particulier ceux de tête de la colonne C7 où les
GPL sont séparés du pentane.
- Unité 31 : Reçoit les gaz provenant de la tête des colonnes de stabilisation de l’essence des deux unités
de Topping.
- Unité 104 : Elle a été conçue dernièrement avec la nouvelle unité de Platforming 103 afin de traiter les
GPL venant de cette unité.
I.1.4.7 unité d’isomérisation du naphta léger a U700/701/702/703
Le détail de cette unité est donné dans le chapitre III.
I.1.5 PRESENTATION DES UTILITES
I.1.5.1 unité melexe U600
La raffinerie possède une capacité de stockage de 2.500.000 m environ. L'unité comprend les équipements
nécessaires au mouvement blending (mélange) et exportation des produits finis. L'évacuation des produits
finis se fait par un réseau de canalisation vers les deux ports de Skikda, Les dépôts G.P.L. et carburants de
Skikda ainsi que le centre installation intégrée de distribution du Khroub (Constantine).
L'évacuation du bitume routier se fait quant à elle par camions et par pipeline vers le port.
La majorité des produits finis sont obtenues à partir de mélange de plusieurs produits de base, car il serait
difficile d'obtenir directement (tout en restant dans les limites de la rentabilité) des produits répondant aux
spécifications.

I.1.5.2 centrale thermoélectrique

C’est le système nerveux de la raffinerie, la CTE se compose de 11 sections à savoir :
- La section 62 pour la production d’eau déminéralisée;
- La section 1020 ou tours de refroidissement de l’eau;
- La section 1030 pour le stockage et le pompage de l’eau de barrage ou de l’eau potable
- La section 1040 pour le stockage et le pompage de l’eau anti-incendie;
- La section 1050 pour la génération de la vapeur « chaudières »;
- La section 1060 pour la récupération et le traitement du condensât;
- La section 1070 ou système Fuel-gas
- La section 1080 pour la production de l’air instrument et l’air service;
- La section 1100 pour le traitement des effluents;
- La section 1110 de production de l’azote (N2);
- La section de production de l’électricité.
I.2 PROJETS DE REHABILITATION ET ADAPTATION DE LA RAFFINERIE DE

SKIKDA
Le projet de réhabilitation comprend :

Réhabilitation des unités de distillation atmosphérique existantes par l’augmentation des capacités de
traitement de 20% pour le brut de la RA1K et 25% de plus pour le traitement du HBNS.
Réhabilitation des deux unités de séparation des GPL.
Reconfiguration de la chaîne de production des aromatiques par : le revamping de l’unité de récupération du
benzène et du toluène, la construction d’une unité de cristallisation du paraxylène et l’installation d’une unité
d’isomérisation des xylènes.
Réhabilitation des utilités et des off-sites.
Modernisation du réseau électrique, de l’instrumentation par l’installation d’un système numérique de
contrôle commande et la construction d’une nouvelle salle de contrôle centralisée & DCS.
Remise à niveau de l’unité de reformage catalytique (reforming 1) et réalisation de deux unités
d’isomérisation des naphtas permettant de disposer d’une base à haut indice d’octane .

Figure I.3 : schéma du raffinage à la RA1K avant à la réhabilitation [1].

Figure I.4: Schéma du raffinage à la RA1K après réhabilitation [1].

I.2.1 PLAN ET PROGRAMME DE REHABILITATION

Les tableaux suivant (I.3 - I.6) regroupent le plan et le programme de réhabilitation successivement des
unités principales et des utilités.
I.2.1.1processus
Tableau I.2: Plan de réhabilitation des unités de la RA1K [1].
N° Unités Désignation avant Réhabilitation après Réhabilitation
Topping -1(*) 10 7 500 000 9 375 000

1
2 Topping -2(*) 11 7 500 000 9 375 000
3 Gas Plant-1(*) 30 306 500 339 500

4 Gas Plant-2(*) 31 283 000 339 500
5 Gas Plant-3 104 96 000 Instrument revamp @

6 Prétraitement Naphta 100 1 165 000 Instrument revamp @
7 Reforming I(*) 100 1 165 000 1 174 600

8 Section Splitter Platformat (**) 100 - 989 950
9 Prétraitement Naphta & 101 103 1 165 000 Instrument revamp @

Reforming II
10 Extraction des aromatiques (*) 200 285 000 627 100

11 Extraction du Paraxylène(#) 400 430 000 1 782 800
12 Isomérisation du Xylène (**) 500 - 1 380 400
13 Purification d’Hydrogène(**) 900 - 27 200

14 Stripper des eaux acides II (*) 10 33 530 kg/hr 28 000 kg/hr
15 Stripper des eaux acides I (**) 12 - 17 070 kg/hr

16 Unité soufflage du Bitume 70 277 000 Instrument revamp @
17 Unité traitement du Kérosène 20 750 000 Instrument revamp @

N° 1
18 Unité traitement du Kérosène 21 750 000 Instrument revamp @

N° 2
( * ) = rénové, (**) = Nouveau, (#) = déplacé et rénové, @ = y compris HAZOP

I.2.1.2 utilités
Tableau I.3 : Plan et programme de réhabilitation des utilités [1].
N° Utilités Plan
1 Système d’eau dessalée (Unit 1110)
2 DM Water System (Unit 62)
3 Système du condensat (Unit 1060)
4 Réseau d’eau brut (Unit 1030)

Système existant à rénové. Modification
Boiler Feed Water, Steam & Power P&IDs. modernisation et implémentation DCS.
5
System (Unit 1050)
Système d’eau de refroidissement (Tower

6
A & B) (Unit 1020)
Système d’eau de refroidissement - III

7 Installation d’un nouveau système
(Tower C) (Unit 1021)
8 Réseau d’incendie (Unit 1040) Modification et modernisation du système existant

9 Réseau d’eau potable (Unit 1030) et implantation du DCS.
10 Fuel Gas System (Unit 1070)

Système existant à rénové. Modification
11 Système d’azote (Unit 1110)
12 Torche (Unit 1090) des P&IDs. modernisation &
13 Torche (JGC) (Unit 1090)

implémentation du DCS.
14 Utility Distribution (Unit 600)
15 Système d’air comprimé (Unit 1080) Le système existant à démonter

16 Système d’air comprimé – II (Unit 1081)
17 Hot Oil System – I (Unit 1020) Installation d’un nouveau système
18 Hot Oil System – II (Unit 1021)
I.2.2 PLAN ET PROGRAMME D’ADAPTATION

Les tableaux suivants regroupent le plan et le programme d’adaptation des éléments nouveaux
successivement de processus et des utilités.

I.2.2.1 processus
Tableau I.4: Plan et le programme d’adaptation relatifs au processus [1].
N° Unités unit Capacité chacune MMTPA
1 Naphta Léger Hydrotraitement / Isomérisation – I 700/701 0,347
2 Naphta Léger Hydrotraitement / Isomérisation – II 702/703 0,347
I.2.2.2 utilités
Tableau I.5: Plan et le programme d’adaptation relatifs aux utilités [1].
N° Utilities Plan
1 Raw Water System –II (Unit 1031)
Système d’eau de refroidissement - IV (Tower D)

2
(Unit 1022)
3 Système Fuel Gaz –II (Unit 1071) Installation d’un nouveau système
4 Système d’air comprimé – III (Unit 1082)
5 Torche – III (Unit 1091)
6 Réseau de distribution (Unit 600)
7 Système d’acide chlorhydrique – II (Unit 64)
8 DM Water System – II (Unit 63)

Installation d’un nouveau système
9 Système Condensat– II (Unit 1061)
10 BFW, Steam & Power System – II (Unit 1051)
11 Système d’azote – II (Unit 1111) Installation d’un nouveau système

I.2.3 BILAN DE PRODUCTION DE LA RAFFINERIE RA1K

Le tableau ci-dessous illustre le bilan de production de la RA1K avant et après sa réhabilitation.
Tableau I.6: Bilan de production de la RA1K avant et après la réhabilitation [1].
Charges(Tn/an) Avant Réhabilitation Apres Réhabilitation
Pétrole brut, TPA 15 000 000 18 000 000
GPL 365 000 644 200
Naphta 1700 000 3 753 800
Essence 2 180 000 2 135 400
Jet A1 1 500 000 1 500 000
Diesel 4 250 000 5 913 800
Fuel oil 4 300 000 4 270 800
Benzène 90 000 197 300
Toluène 11 000 16 900
Paraxylène 38 000 220 100
CONCLUSION
La raffinerie de Skikda suite au projet de réhabilitation est actuellement dotée d’outils permettant de changer
les schémas de formulation des essences.

La partie théorique II. Généralité sur les essences
INTRODUCTION
Les carburants se répartissent en classes bien distinctes selon les types de moteurs qu'ils alimentent. Leurs
caractéristiques ne sont pas rigoureusement constantes d’un échantillon à l’autre, mais restent à
l’intérieur d’un domaine borné par des spécifications officielles. Celles-ci sont établies afin d’obtenir à la
fois des performances satisfaisantes des moteurs et des faibles émissions de polluants.
Parmi les catégories figure les essences alimentant les moteurs d'automobiles dits «à explosion» ou à
allumage commandé par étincelle. Selon leurs compositions plusieurs qualités d’essences se voient proposer
sur le marché désignées par : normale, super sans plomb et super plombée. Dans ce qui va suivre nous
décrirons leurs caractéristiques physiques et chimiques.
II.1 CARACTERISATION DES ESSENCES
L’obtention de performances satisfaisantes d’un véhicule dépend évidemment de facteurs technologiques,
mais aussi de critères de qualité du carburant dont on distingue d’une part les propriétés physiques qui
conditionnent l’alimentation correcte du véhicule et d’autre part les propriétés chimiques liées
essentiellement aux indices d’octane, permettant d’obtenir un rendement optimal du moteur sans risque de
combustion anormale.
II.1.1 PROPRIETES PHYSIQUES
La masse volumique, la courbe de distillation et la pression de vapeur des essences constituent les
caractéristiques physiques les plus importantes pour obtenir, à la fois, un fonctionnement satisfaisant du
véhicule et une faible émission d'hydrocarbures par évaporation.
II.1.1.1 La masse volumique [2]
Elle est généralement mesurée à 15°C et s'exprime en kg/L ou kg/m3. En Algérie elle doit être comprise entre
0,715 et 0,7650 pour la normale, entre 0,730-0,770 pour la super plombée et entre 0,730 et 0,780 pour la
super sans plomb. La masse volumique des essences varie avec la température. Ainsi, lorsque la température
s’élève de 15°C à 25°C, par exemple, la masse volumique diminue de 0,008, soit 1 % en moyenne.
Le respect d’un certain intervalle de masse volumique de l’essence est nécessaire pour une utilisation
satisfaisante du véhicule. En effet, les constructeurs automobiles en tiennent compte lors de la mise au point
des systèmes d’alimentation du moteur et choisissent en conséquence les débits des différents organes
mécaniques. Ensuite, lors de l’utilisation réelle, une variation trop importante de masse volumique entre
différents approvisionnements, pourrait perturber les réglages de richesse, dans les zones de fonctionnement
où la régulation est difficile (démarrage, mise en action).
En pratique, l’utilisateur préférera le carburant le plus dense possible, compatible avec les spécifications, car
il lui offre le meilleur PCI volumique et la plus basse consommation spécifique en litres par 100 km.
On estime à ce sujet qu’un accroissement de la masse volumique de 4 à 5 % entraîne une réduction de
consommation de3 à 5 %. Enfin, pour le raffineur, la latitude de 0,050 kg/L accordée sur la masse volumique
de l’essence, constitue un compromis acceptable, tandis qu’un resserrement serait vraiment trop
contraignant.

II.1.1.2 La volatilité [4]

La volatilité des essences doit être soigneusement contrôlée afin d’obtenir à la fois un fonctionnement
satisfaisant du moteur et une réduction d’émission d’hydrocarbures par évaporation. Elle est définie par la
courbe de distillation, la pression de vapeur ainsi que par le rapport V/L.
II.1.1.3 La courbe de la distillation [3]
La courbe de distillation des essences est une distillation ASTM, dont les spécifications selon la NA 8180-
1992 sont les suivantes :
 10% à 70°C max.
 50% au moins à 140°C max.
 95% au moins à 195°C max.
 PF ≤ 205°C et ne dépasse pas 215°C.
On considère que le point 10% avant 70° C correspond à une teneur minimale en fractions légères telle que,
en période de froid, il y ait une vaporisation suffisante pour assurer le démarrage du moteur. Le point
50% avant 140° C assure une volatilité correcte de la fraction de cœur de l'essence pour que, au moment des
reprises du moteur, il y ait une bonne vaporisation du carburant permettant de tirer le maximum de
puissance. Enfin le point 95% avant 195° C, le point final inférieur à 205° C et le résidu n'excédant pas
3% sont représentatifs de la teneur en hydrocarbures lourds de la fraction de queue de l'essence. Si ces
éléments lourds sont intéressants au point de vue pouvoir calorifique, par contre, leur faible volatilité peut
créer un certain nombre d'ennuis (mauvaises vaporisation et combustion donnant lieu à des dépôts).
II.1.1.4 La tension de vapeur REID (pression de vapeur) [2]
Elle est le critère retenu pour apprécier la volatilité des essences. Le plus souvent, on ne détermine
pas la pression de vapeur vraie, mais une grandeur associée, appelée pression de vapeur Reid (PVR). La
procédure consiste à mesurer la pression relative développée par les vapeurs issues d’un échantillon
d’essence, disposé dans une enceinte métallique, à une température de 37,8°C. Les PVR des essences sont,
selon la norme algérienne 8108-1992, plafonnées à 0,800 en hiver et à 0,650 kg/Cm2 en été pour les trois
qualités d’essences. Ainsi, ces incitations à la réduction de pression de vapeur contraignent les producteurs
à limiter l’adjonction de fractions légères dans le pool « essence ». On notera, à ce sujet, que chaque addition
de 1 % en masse d’une coupe C4 entraîne, en moyenne, un accroissement de PVR de 50 mbar.
L’incorporation de certains alcools (méthanol, éthanol) provoquera également une augmentation notable de
PVR (150mbar, par exemple, pour une addition de méthanol de 1 %, 50mbar pour la même quantité
d’éthanol). Aussi, la tendance actuelle est orientée vers l’incorporation des produits oxygénés tels que le
MTBE et ETBE car ils restent sans action notable sur la PVR.

II.1.1.5 Le rapport V/L [4]
Le rapport V/L est un critère de volatilité, à température et pression fixées, le rapport V/L représente le
volume de vapeur formé par unité de volume de liquide pris initialement à 0°C. La volatilité du carburant
s’exprime alors par les niveaux de température pour lesquelles le rapport V/L est égal à certaines valeurs
particulières tel que V/L=12, V/L = 20, V/L = 36.
Il existe des corrélations entre les températures correspondantes à ces taux de vaporisation et les paramètres
classiques de volatilité (TVR, courbe de distillation).
- T (V/L) 12= 88.5 – 0.19 E70 – 42.5 PVR
- T (V/L) 20= 90.6 – 0.25 E70 – 39.2 PVR
- T (V/L) 36= 94.7 – 0.36 E70 – 32.3 PVR
Avec: T (V/L) x: la température (°C) pour laquelle V/L = x.
E70 : pourcentage Evaporé à 70°C.
PVR : pression de vapeur Reid [bar].
II.1.2 PROPRIETES CHIMIQUES. INDICE D’OCTANE

C’est autour des critères d’indices d’octane que s’est articulée, depuis plusieurs dizaines d’années,
toute l’activité d’optimisation des moteurs et de formulation des essences.
II.1.2.1 Phénomène de cliquetis [2]

Dans le moteur à allumage commandé, plusieurs types possibles de combustion peuvent se manifester. Le
processus normal consiste en une combustion rapide, mais progressive, du mélange air-carburant, grâce
à la propagation d’un front de flamme issu de l’étincelle jaillissant entre les électrodes de la bougie
d'allumage. Le phénomène parasite est le cliquetis : il s’agit d’une auto-inflammation instantanée et en
masse d’une partie de la charge non encore brûlée et portée à température et pression élevées par le
mouvement du piston et par le dégagement d’énergie dû à la propagation du front de flamme. Il en résulte
une augmentation locale de la pression, suivie de vibrations de la masse gazeuse qui s’atténuent
progressivement, jusqu’à égalisation de la pression en tout point de la chambre de combustion, et qui créent
un bruit caractéristique évoquant un tintement métallique, d’où l’origine du terme : cliquetis. La
fréquence fondamentale correspondante est de l’ordre de 5000 à 800 Hz.
La figure II.1 montre un exemple de diagramme de combustion enregistré dans des conditions de cliquetis
(Knock). Celui-ci se manifeste par d’intenses oscillations qui se poursuivent pendant une partie de la phase
de détente. On notera que l'appellation détonation, encore fréquemment utilisée, n’est pas correcte, car le
phénomène ne peut pas être assimilé à la propagation d’une flamme en régime supersonique, accompagnée
d’une onde de choc.
Le cliquetis doit être absolument évité, car son existence permanente entraînerait des contraintes mécaniques
et thermiques trop sévères, génératrices à brève échéance d’incidents destructifs très graves: rupture du joint
de culasse, grippage ou fusion partielle du piston, détérioration de la culasse et des soupapes.

Figure II.1 : Diagramme de combustion dans des conditions de cliquetis [3].
II.1.2.2 Définition d’indice d’octane [3]

Les considérations précédentes montrent que la formulation des essences doit s’orienter vers la sélection de
produits présentant une très bonne résistance à l’auto-inflammation. On sait, de façon qualitative, quelles
seront, sur ce point, les structures chimiques les plus favorables ; il s’agira des hydrocarbures paraffiniques et
oléfiniques fortement ramifiés, des composés aromatiques (benzène, toluène, xylènes…) ou encore de
produits organiques oxygénés (alcools, éthers). Inversement, les paraffines et oléfines à chaînes droites et
longues (plus de 4 atomes de carbone) se montreront très propices au cliquetis. Pour caractériser le
comportement des carburants ou de leurs constituants vis-à-vis de la résistance au cliquetis, sans faire
appel à des critères de composition chimique dont l’emploi se révèlerait complexe et difficilement
quantifiable, la méthode traditionnelle et universellement employée depuis plus de 60 ans, consiste à
introduire la notion classique d’indice d’octane. Le carburant testé est comparé à deux hydrocarbures purs
choisis comme références. Il s’agit respectivement du 2,2,4-triméthyl-pentane, ou isooctane :
CH3 CH3
CH3 – C – CH2 – CH – CH3
CH3
L’ iso-octane est très résistant à l’auto-inflammation, auquel on attribue arbitrairement l’indice 100 et du
n- heptane
CH3 – (CH2)5 – CH3

Le n-heptane est Peu résistant, qui reçoit l’indice 0.

Un carburant présente un indice d’octane X s’il se comporte, dans des conditions expérimentales bien
définies, comme un mélange de X % en volume d’isooctane et de (100 − X) % de n- heptane. Les
mélanges binaires isooctane-heptane sont appelés carburants primaires de référence (Primaryreference Fuels,
PRF en anglais). Des indices d’octane supérieurs à 100 peuvent également être définis : le produit de
référence est alors l’isooctane additionné de faibles quantités de plomb tétraéthyle.
Une essence est caractérisée par l’indice d’octane recherché (RON), mesuré dans des conditions de faibles
charges. Et un indice d’octane moteur (MON) déterminer dans des conditions d’essai plus sévères. La
mesure des indices d’octane s’effectue au moyen d’un moteur de référence appelé CFR (Coopérative Fuel
Research), ce moteur est monocylindrique et présente une structure une structure très robuste de résister
sans incident à un cliquetis prolongé.
II.1.2.3 Indice d’octane des mélanges [3]

On conçoit qu’en matière de propriétés physico-chimiques (volatilité, indice d’octane, etc.) le comportement
d’un mélange ne soit pas identique à celui que l’on pourrait prévoir par une loi d’additivité linéaire. Pour
tenir compte de ces écarts par rapport à l’idéalité, on introduit la notion d’indices de mélange M.
En général, les carburants du commerce sont obtenus par mélange de deux ou plusieurs bases ayant des
indices d'octane et des structures chimiques différentes. La pondération des indices d'octane en volume
conduit à une valeur qui est très souvent inférieure à celle observée réellement pour le mélange. En
première approximation, cette loi d'additivité en fonction des pourcentages volumétriques est acceptable,
puisqu'elle sous-estime la valeur réelle. Dans un système constitué de deux bases A et B. L’indice de
mélange MA du constituant A se calcule par la relation suivante :
RONAB = x MA + (1-x) RONB / sachant que le RON :research octane neumber
RONAB : RON du constituant B
RONAB : RON du constituant final AB
X : la fraction volumique du constituant A dans la mélange
II.1.2.4 Additifs améliorant l’indice d’octane des essences
II.1.2.4.1 Les alkyles de plomb [2]
Ces produits ont été utilisés systématiquement pour améliorer les indices d’octane des essences depuis
1922, jusqu’en 1975 environ aux États-Unis et au Japon, 1985 environ en Europe. Cependant, leur
emploi, a totalement disparu, compte tenu de la généralisation des pots d’échappement catalytiques, avec
lesquels ils sont totalement incompatibles. Par ailleurs l’Algérie est parmi les rare pays qu’ils l’utilisent
encore dans les pools.
Parmi ces composés on cite :
- le plomb tétraéthyle ou PTE : Pb (C2H5)4 ;
- le plomb tétraméthyle ou PTM : Pb (CH3)4 ;
- des mélanges physiques des deux produits précédents.

Les doses d’additifs utilisées sont généralement exprimées en grammes de plomb par litre d’essence ; à la
raffinerie de Skikda la dose attient 0,4g/l.
Les alkyles de plomb sont des inhibiteurs d’auto-inflammation dont l’action fait intervenir l’oxyde
métallique PbO, rapidement obtenu par décomposition thermique de l’additif au cours du cycle compression-
combustion. PbO désactive les espèces radicalaires du type OH• qui interviennent habituellement dans les
réactions de propagation et de ramification des radicaux et dont la croissance constitue une étape préalable
au déclenchement de l’auto-inflammation.
Le tableau suivant montre l’effet de l’ajout du plomb sur l’indice d’octane de quelques bases issues de la
raffinerie de Skikda.
Tableau II.1 : Effet de l’éthylation sur le RON (research octane number) des bases [1].
Base RON clair RON à 0,4 g/ du plomb
Aromatiques
109,3 111
lourds
Toluène 107 110
Raffinat 70 82
Isomérat 89 96
N-Pentane 78 90
Butane 94,7 101,3
II.1.2.4.2 les composés oxygénés [5,6]

Parmi ces composés oxygénés utilisés dans la formulation des carburants, les éthers apparaissent
actuellement comme étant les composés privilégiés permettant de répondre aux besoins croissants
induits par la politique de suppression du plomb dans les carburants ainsi quepar l’évolution de leur qualité
(haut indice d’octane).
a) Ethers
Les éthers (tertioalkyls éthers) sont principalement obtenus par réaction d’une iso-oléfine tertiaire sur un
monoalcool aliphatique.
Le MTBE (Méthyltertiobutyléther ou 2-méthoxy, 2-méthyl propane) est un éther utilisé comme base pour la
formulation de supercarburants. A la température ambiante, le MTBE est un liquide volatil, inflammable,
sans couleur qui se dissout facilement dans l'eau. Il est produit par synthèse à partir d’isobutylène et de
méthanol, en présence d’une résine échangeur d’ions comme catalyseur. Il possède> un indice d’octane élevé
(118) et une faible volatilité. Sa teneur dans l’essence peut atteindre 15% au maximum.

Le MTBE a été employé dans l'essence des ETATS-UNIS depuis 1979 pour remplacer le fil comme
renforceur d'octane. Depuis 1992, il a été employé à des concentrations plus élevées dans l'essence
principalement pour remplir les conditions d'oxygénation et pour des raisons économiques.
Le méthyltertiobutyléther (MTBE) est actuellement le plus utilisé des éthers que l'on peut employer comme
additifs de l'essence. L'éthyltertiobutyléther (ETBE), le tertioamylméthyléther (TAME), le
tertioamyléthyléther (TAEE) et le diisopropyléther (DIPE), entre autres, peuvent être ajoutés ou substitués au
MTBE afin d'améliorer l'oxygénation et l'indice d'octane, aussi peut-on en trouver à côté du MTBE
(TableauII.2).
b) Alcools
L'éthanol a indice d'octane élevé, est utilisé comme additif à l'essence. Il est mélangé à l'essence
conventionnelle à titre de substitut renouvelable à d'autres produits chimiques nocifs qui augmentent l'indice
d'octane. L'éthanol introduisant de l'oxygène directement dans l'essence, il en résulte une combustion plus
complète et une réduction d'émissions au tuyau d'échappement.
Tableau II.2: Caractéristiques des additifs [5]
Caractéristiques MTBE ETBE Méthanol Ethanol TAME DIPE
Masse volumique
746 250 793 794 750 730
(kg/l)
Température
55.3 72.8 64.7 78.3 86.3 68.3
d’ébullition (°C)
Pression de vapeur
0.55 0.4 5.24 1.54 0.25 0.34
(bar)
Pouvoir calorifique
2626 0 2691 0 15870 21285 2737 5 2721
(KJ/L)
Teneur en oxygène
18.2 15.7 49.9 34.7 15.7 310
(%masse)
RON(Research
118 118 123-130 120 115 157
Octane Number)
MON (Motor Octane

101 101 95 99 100 110
Number)

II.2 FORMULATION DES ESSENCES

Elle consiste à mélanger les effluents provenant de différentes unités de la raffinerie, afin d’obtenir des
produits conformes aux spécifications. Tout l’art consistera donc à doser les mélanges de différentes bases,
pour obtenir, au moindre coût, un ensemble de caractéristiques satisfaisantes. Les contraintes les plus sévères
concerneront essentiellement la volatilité, l’indice d’octane et la limitation des teneurs en certains
composants (benzène, aromatiques, oléfines), afin de limiter la pollution atmosphérique.
Tableau II.3: Caractéristiques de quelques bases de formulation de la raffinerie de Skikda [1].
Base RON Densité à 15°C TVR kg/Cm2
Butane 94,7 0,5794 4,07
Toluène 107,8 0,8485 0,01
Raffinat 60 0,6887 0,28
Reformat lourd 65 0,8721 0,01
Aromatiques lourds 109,3 0,8822 0,01
Isomérat 89 0,6350 1,100
MTBE 117 0,7460 0,561
II.2.1 SPECIFICATIONS DES ESSENCES
Chaque pays ou groupe de pays a des spécifications sur les carburants automobiles. Ces spécifications
varient d’un pays à l’autre sur divers aspects allant du nombre d’octane, points de distillation, TVR, et même
de composition.
Les modifications les plus importantes introduites pour l’essence sont :
 Elimination du plomb.
 Réduction de la teneur en benzène.
 Réduction de la teneur en aromatiques.
 Réduction de la teneur en oléfines.
 Réduction de la TVR.

Tableau II.4: Spécifications des carburants automobiles (essences)[1].
Limites
Caractéristiques 01/01/2000 01/01/2005
Densité (kg/l) Entre 0.735 et 0.785
RON 95 Min 95 Min
MON 85 Min 85 Min
Teneur en plomb 0.005 Max 0.005 Max
Volatilité à 70°C – été (%vol) Entre 15 et 42 Entre 15 et 42
Volatilité à 70°C – hiver (%vol) Entre 20 et 47 Entre 20 et 47
Volatilité à 100°C – été (%vol) Entre 46 et 65 Entre 46 et 65
Volatilité à 100°C – hiver (%vol) Entre 42 et 70 Entre 42 et 70
Volatilité à 125°C – été (%vol) 60 Min 60 Min
Volatilité à 125°C – hiver (%vol) 63 Min 63 Min
Volatilité à 150°C (%vol) 75 Min 75 Min
Volatilité à 180°C (%vol ) 85 Min 85 Min
Point final(°C) 215 Max 215 Max
Résidu (%vol) 2 Max 2 Max
TVR – été (k pa) 60 Max 60 Max
TVR – hiver (k pa) Entre 60 et 90 Entre 60 et 90
Teneur en soufre (% poids) 0.015 Max 0.005 Max
Oléfines 18 Max 18 Max

Teneur en
Aromatiques 42 Max 35 Max
hydrocarbure s
(%vol) Benzène 1 Max 1 Max
Méthanol 3 Max 3 Max
Ethanol 5 Max 5 Max

Composés oxygénés
Ethers C5+ 15 Max A déterminer
Autres 10 Max 10 Max
Teneur en oxygène (% poids) 2.7 Max 2.7 Max

II.2.1 .1 Spécifications des essences pour le marché intérieur :

La configuration du parc automobile algérien a conduit à la mise à la disposition du marché de trois types
d’essences, deux grades d’essences avec plomb (normale et super) et un grade d’essence sans plomb.
Tableau II.5 : Spécifications des essences plombées sur le marché intérieur [1].
Caractéristiques Méthode Essence normale Essence super
Densité à 15°C NA 417 0.710 – 0.765 0.730 – 0.770
Distillation (°C) NA 1445
10 (% vol) 70 max 70 max
50 (% vol) 140 max 140 max
95 (% vol) 195 max 195 max
PF (°C) 205 max 205 max
Résidu 2 max 2 max
Tension de vapeur REID (bar) NA 422
01/11 au 31/03 0.800 max 0.800 max
01/04 au 30/10 0.650 max 0.650 max
Nombre d’octane NA 2653 89 min 96 min
Teneur en plomb (g/l) NA 2803 0.40 max 0.40 max
Teneur en soufre (% poids) NA 11046 0.15 max 0.15 max
La décision de formuler les essences sans plomb a été prise par l’Algérie au début des années 90 afin de
s'aligner sur la technologie du raffinage et s'adapter à la demande en produits des marchés extérieurs, et aux
nouveaux véhicules en circulation. Actuellement la base principale pour la fabrication des essences au
niveau des raffineries SONATRACH, est le réformât qui contient 70 % d'aromatiques et jusqu'à 5% de
benzène (Tableau II.6).

Tableau II.6 : Spécifications des essences sans plomb sur le marché intérieur [1].
Limites
Caractéristiques
Min Max
Masse volumique (kg/m3) 725 780
Distillation (°C)
10 (% vol) - 47
50 (% vol) - 70
95 (% vol) - -
PF (°C) - 215
Résidu - 2
Tension de vapeur REID (bar)
01/11 au 31/03 - 80
01/04 au 30/10 - 65
RON 95 -
MON 85 -
Teneur en plomb (g/l) - 0.15
Teneur en benzène (% vol) - 5
Teneur en soufre (% poids) - 0.01

Spécifications des essences pour le marché extérieur
Tableau II.7 : Spécifications des essences Européennes (EURO 2005) [1]
Caractéristiques Limites Méthode
Masse volumique (kg/m3) 0.730 – 0.780 NF 60-101
Distillation (°C)
10-47 (% vol) 70
40-70 (% vol) 100
85 (% vol) 180
90 (% vol) 210
PF (°C) 215 NF M 07-002
Résidu 2
Tension de vapeur REID (k pa)
20/06 au 09 /09 45-79
10/04 au 31/01 50-96

NF M07-007
01/11 au 09/04 55-99
Indice d’octane recherche RON 95 max NF T60-142
Teneur en plomb (g/l) 0.013 NF M07-061
Teneur en aromatiques (% vol) 35 max NF M07-062
Teneur en benzène (% vol) 1 max NF M07-062
Teneur en soufre (% poids) 0.005 max NF M07-026

On constate que les spécifications des essences en Algérie n’ont pas beaucoup évolués si ce n’est pas la
tendance à la diminution de la teneur en plomb (à 0.4 g/l puis à 0.15 g/l). Elles ne sont pas conformes aux
spécifications internationales et notamment en ce qui concerne le respect des teneurs en plomb,
aromatiques, benzène,…
Les différents types d’essences présents sur le marché européen sont :
 L’essence ordinaire : dont le RON ne dépasse pas 93-94.
 Le supercarburant classique : caractérisé par des valeurs minimales de RON et de MON,
respectivement, de 97 et 86. Il contient de faibles quantités d’alkyles de plomb (0.15 g/l), ce qui
permet d’atteindre commodément et au coût les valeurs requises d’indices d’octane.
 Le sans plomb :apparu en 1985 en Europe, le sans plomb est depuis l’essence de référence.
 Le super 98 : (SP 98 pour sans plomb), parfois appelé « super plus », présente des RON et MON
supérieurs ou égaux, respectivement, à 98 et 88. Ces deux valeurs ne correspondent pas à des
spécifications officielles, mais à des objectifs de qualité que se fixent les raffineurs en accord avec les
constructeurs automobiles.
 L’Euro super : il doit présenter un RON minimal de 95 et un MON minimal de 85. L’évolution de la
norme internationale par rapport à l’algérienne est indiquée dans le tableau suivant.
Tableau II.8 : L’évolution de la norme internationale par rapport à l’algérienne [1].
Normes essences
Caractéristiques internationales
Algériennes
2000 2005 2009
Teneur en Aromatiques %vol - < 42 < 35 < 35
Teneur en Benzène %vol <5 <5 <1 <1
Teneur en Oléfines %vol - < 18 < 18 < 18
Teneur en soufre mg/kg < 100 < 150 < 50 < 10
Teneur en plomb g/l < 0,4 0 0 0
Oxygène (%m) - < 2,7 < 2,7 < 2,7
II.2.2 PROCEDES D’OBTENTION DES ESSENCES [4]

II.2.2.1 Distillation du pétrole Ce procédé est effectué après dégazage et le dessalage qui ont lieu sur les
sites d’extraction. L’unité de distillation initiale ou le topping a pour but de fractionner le pétrole brut en un

certain nombre de groupes ou fractions classées en fonction des températures d’ébullition des
hydrocarbures
. Le procédé de distillation atmosphérique est effectué selon la densité du pétrole brute. La distillation initiale
s’effectue entre 30°C et 380°C en obtenant les produits principaux suivant :
 Les gaz de pétrole liquéfiés (GPL) constitué de propane et de butane.
 Les essences légères et lourdes.
 La coupe kérosène.
 Les gazoles et fuels domestiques.
 Le résidu atmosphérique.
II.2.2.2 Reformage catalytique
Le reformage catalytique constitue le trait dominant du développement de l’industrie du raffinage. Il
sert à produire des bases pour carburant à haut indice d’octane ; cette amélioration de l’indice d’octane
résulte essentiellement d’une forte augmentation de la teneur en aromatique. En plus du réformât, il fournit
un sous-produit important l’hydrogène.
La charge principale du reformage catalytique est l’essence lourde (80 – 180°C) de la distillation primaire, il
traite également, si nécessaire, les essences issues des procédés de viscoréduction, de cokéfaction,
d’hydroconversion.
Le procédé de reformage est hautement endothermique et les réactions chimiques qui interviennent
sont déshydrocyclisation et la déshydrogénation.
Les catalyseurs utilisés sont généralement composés d’alumine chlorée imprégnée de platine. Dans les
technologies récentes ce procédé opère en régénération continue des catalyseurs, à basse pression (2 à 5 bar)
et à haute température (510 – 530 °C).
II.2.2.3 Craquage catalytique
Le procédé de craquage catalytique est un élément clé du raffinage dans la chaîne de production des
essences. Il est effectué à une température de 440°C et sous une pression légèrement supérieure à la
pression atmosphérique, ou bien sous l’action combinée de température élevée et d’un catalyseur. Les
réactions impliquées dans le craquage sont très complexes, de longues molécules se décomposent en
fragments, qui peuvent subir spontanément une modification ou se combiner avec d’autres fragments.
Dans les conditions normales, les principaux produits du craquage des huiles pétrolières sont des
hydrocarbures de faible masse moléculaire dont la plus grande partie est constituée par une coupe essence
allant de C5+ présentant un indice d’octane élevé, principalement les composés insaturés.
Le craquage a acquis une grande importance dans l’industrie du raffinage du pétrole, c’est un moyen
d’augmenter la production d’essence au prix des produits plus lourds et de moindre valeur tels que le
kérosène et le fioul.
II.2.2.4 Alkylation
L’alkylation est un procédé qui permet de produire, à partir d’oléfines légères (C3, C4, C5) par addition
d’isoparaffines (essentiellement l’isobutane) des paraffines ramifiées qui sont d’excellents

composants des carburants de fait de leurs indices d’octane élevé. La réaction la plus typique est l’addition
de l’isobutanes sur les butènes pour l’obtention de l’isooctane.
L’alkylation utilise comme charges les paraffines possédant un carbone tertiaire dont la plus utilisée
industriellement est l’isobutane issu généralement des coupes C4 de distillation directe du pétrole brut et de
reformage catalytique et des oléfines qui proviennent le plus souvent du craquage catalytique.
L’alkylation est une réaction exothermique, elle se déroule en phase liquide, à basse température et à haute
pression en présence des catalyseurs acides forts. Industriellement les catalyseurs utilisés sont l’acide
sulfurique (H2SO4) et l’acide fluorhydrique (HF) selon un mécanisme cationique.
II.2.2.5 Isomérisation
L’isomérisation des alcanes connaît un nouvel intérêt, depuis que la législation a prévu, par souci de
protection de l’environnement, la suppression des alkyles de plomb dans les essences a depuis 2005. Cette
réaction catalytique permet, en partant de n-paraffines de faible indice d’octane, issues du reformage
catalytique ou de la distillation directe du pétrole brut, d’obtenir des isoparaffines présentant un indice
d’octane beaucoup plus élevé. Elle est thermodynamiquement favorisée à basse température et nécessite par
conséquent l’utilisation des catalyseurs développant une acidité importante. Deux types de catalyseurs sont
actuellement utilisés industriellement : les catalyseurs à base de platine sur alumine chlorée et les catalyseurs
zéolitiques à base de platine sur modernité.
II.2.2.6 Oligomérisation
La réaction d’oligomérisation a un certain intérêt en raffinage dans deux directions principales :
 La valorisation des coupes C2 et C3 de craquage catalytique dans lesquelles l’éthylène et le
propylène sont transformés en essence oléfinique.
 La production de distillat moyen de haute qualité à partir d’oléfines légères.
 La dimérisation du propène en isohéxène se déroule à une température d’environ 50°C et à basse
pression en utilisant des catalyseurs complexes dont l’effluent constitue une base intéressante pour la
fabrication des essences (RON proche de 100).
II.3 ESSENCES ET ENVIRONNEMENT
Les réglementations antipollution appliquées dans le monde depuis les années 1970 concernent le monoxyde
de carbone, les hydrocarbures, les oxydes d'azote et les particules. Ces produits sont appelés polluants
classiques et regroupent chacun (sauf CO) un ensemble plus au moins complexes de constituants.
Il existe d’autre type de polluant appelés polluants spécifiques tels que benzène, formaldéhyde...etc.
En fin, d'autres produits particuliers comme l'anhydride sulfureux (SO2), les composés du plomb, participent
également à la pollution.
CONCLUSION
Dans ce chapitre nous avons présenté les aspects globaux de la caractérisation, de la formulation et des
spécifications des essences. Ainsi, une essence dite de bonne qualité doit satisfaire un compromis entre un
bon fonctionnement du moteur et un respect de l’environnement. Les contraintes de plus en plus sévères sur
leur qualité poussent à l’amélioration des schémas de raffinage pour avoir des bases à haut indice d’octane.



La partie théorique III. Description de procède d’isomérisation
INTRODUCTION
Sonatrach a réhabilité et modernisé la raffinerie existante à15 MMTPA à Skikda, Algérie, sous le "Projet
Réhabilitation et Adaptation de la Raffinerie de Skikda". Dans du "Projet Réhabilitation et Adaptation" de
la Raffinerie de Skikda, une partie des unités ont été réhabilitées et quelques nouvelles unités ont été
rajoutées.
Sous le Projet Réhabilitation, la capacité de traitement de pétrole brut de la Raffinerie a été augmentée, et une
partie des unités déjà existantes ainsi quels utilités associées et les installations annexes ont été améliorées
ou modifiées.
Le programme consiste à la réalisation des nouvelles unités de production dont l’objectif est d’adapter la
qualité des produits finis selon les normes actuelles, par exemple la norme euro 2009 pour les essences, et le
revamping de certaines unités existantes en vue d’augmenter leurs capacités de traitement et de production
annuelle, avec l’incorporation de la possibilité de traitement d’une autre charge du brut qui est HBNS(Hassi
Berkine South)avec l’ancienne charge BHM (Brut Hassi Messaoud)[1].
Le programme consiste à des projets de réhabilitation et d’adaptation, que nous allons détailler dans ce qui
suit.
III.1 UNITES HYDROTRAITEMENT (700/702) ET ISOMERISATION (701/703) DU

NAPHTA LEGER
Dans le cadre de notre travail nous allons considérer l’étude de l’impact de l’isomérisation et l’usage du
MTBE récemment introduits sur la nouvelle formulation des essences. Dans ce qui suit nous allons détailler
les unités hydrotraitement et isomérisation du naphta léger. [1].
III.1.1 UNITE HYDROTRAITEMENT DU NAPHTA LEGER

L’objet de l’Unité 700 hydrotraitement du naphta léger est de produire des charges d’alimentation
hydrotraitées propres pour alimenter l’Unité 701 d’Isomérisation. Ces charges d’alimentation doivent
être suffisamment basses en contaminants tels que le soufre, l’azote, l’eau, les halogènes, les dioléfines,
les oléfines, l’arsenic, le mercure et d’autres métaux afin de ne pas affecter les unités en aval. Un lit de
protection du soufre est installé sur le courant de fond du stripper pour protéger les unités en aval du H2S
dissous pouvant être transporté en cas de désordres du stripper. Une section de déisopentaniseur est incluse
dans cette unité. La coupe Iso-pentane de l’alimentation est séparée et envoyée à l’unité d’isomérisation
(Unité701), tandis que la coupe plus lourde est envoyée à la section de réaction HDT pour l’élimination du
soufre. De la même manière, un lit de protection du mercure est installé sur le naphta désulfuré refroidi pour
éliminer toute trace du mercure présent dans le naphta envoyé à l’unité d’isomérisation.
La charge d’alimentation de l’unité est un mélange du Naphta direct de la coupeC5-65, du Naphta direct de
la coupe C6 et de la coupe C5 du Plateformat qui sont venus du traitement des pétroles bruts deRA1K et de
HBNS5 dans la raffinerie.
Ces naphtas contiennent les niveaux des contaminants qui seront préjudiciables aux catalyseurs
d’isomérisation et le prétraitement est donc nécessaire.

Figure III.1: Schéma simplifié pour la section hydrotraitement [1].

Ce procédé développé sous licence D’AXENS comprend les trois opérations subséquentes:
 Séparation par distillation de la coupe C5-C6 et de la coupe C5 du plateformat d’une coupe riched’iso-
C5 envoyée pour le mélange avec le produit d’isomerat (Section de DIP).
 Traitement du naphta dans un réacteur adiabatique sur un lit fixe de catalyseur bimétallique dans un
environnement d’hydrogène. Une température modérément élevé dans la gamme de 290-310°C est
nécessaire pour accélérer les réactions chimiques (Section de réaction).
 Stripping du produit hydrotraité brut pour éliminer des fractions légères, des produits gazeux y compris
l’H2S et de l’eau (Section de stripper).
Les hautes performances de l’unité d’Isomérisation dépendent largement de l’efficacité de l’unité

d’hydrotraitement du naphta. La table suivante montre les niveaux maximums des contaminants dans le
naphta hydrotraité.
Tableau III.1:Niveau moyen maximum des contaminants dans l’alimentation pour Naphta [1]
Oxygène dissous 5 poids ppm
Gammes existantes 5mg/100ml

Gammes potentielles 500 mg/100ml
Chlore total 1 poids ppm
Caustique total 1 poids ppm
As 10 poids ppb
P 300 poids ppb
Pb 4 poids ppb
Cu 5 poids ppb
Hg 1,5 poids ppb
Si 2 poids ppm
(1)L’Hg n’est pas piégé sur le catalyseur d’hydrotraitement du naphta. Par conséquent, la teneur maximum
en Hg dans l’alimentation d’hydrotraiteur est fixée par des contraintes des unités en aval. (1.5wt ppb max
pour l’alimentation à l’unité d’Isomérisation.)

III.1.1.1 Réactions chimiques

Le prétraitement catalytique accomplit plusieurs réactions afin de préparer le changement du
naphta pour l’unité d’isomérisation en aval. L’objectif principal est d’éliminer le soufre, mais les
réactions de dénitrogénation, de désoxygénation et de saturation des oléfines se produisent simultanément
avec l’hydrotraitement.
Il y a principalement deux réactions fondamentales qui se produisent:
 Hydroraffinage (soit, hydrotraitement, dénitrification, désoxygénation).

 Hydrogénation.
III.1.1.1.1 Réactions d’hydroraffinage

Il s’agit du remplacement de la molécule poison avec l’hydrogène.
a) Hydrotraitement
Dans les naphtas, les principaux composés du soufre comprennent les mercaptans, les sulfures aliphatiques,
les disulfures aliphatiques et les sulfures cycliques d’anneau à cinq et six membres. Les thiophènes se
trouvent typiquement dans les naphtas craqués plus lourds, mais ne sont pas généralement présents dans
les naphtas directs. Sous les conditions du réacteur de prétraitement, ces composés du soufre réagissent
facilement pour produire le composé saturé correspondant, en libérant le H2S.
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 SH + H2 C5 H12 + H2S…….................1
Amyl Mercaptan n- pentane
CH3 – S – CH3 + 2H2 2CH4 + H2S……………………........2
Diméthylsulfure Méthane
CH3 – CH2 – CH2 – S – S – CH2 – CH2 – CH3 +3H2 2 C3H8 + 2H2S…………..3
Dipropyldisulfure Propane
CH CH
+ 4H2 C5H12 + H2S…………….....4

CH C- CH3
S
Methylthiophene n-pentane

Toutes les réactions d’hydrotraitement mentionnées sont exothermiques mais, étant donné la quantité limitée
du réactif concernée, ils ne conduisent pas à une augmentation perceptible de température.
La vitesse des réactions d’hydrotraitement d’un simple composé du soufre est très élevée selon la cinétique
de premier ordre. Cependant, lors de la présence dans des combinaisons, ils présentent des ordres
apparentes de réaction de 1jusqu’à 6.
b) Dénitrification
L’azote est éliminé dans l’hydrotraitement catalytique par la rupture du lien C-N qui produit l’aliphatique et
l’ammoniac sans azote. La rupture du lien C-N est beaucoup plus difficile d’achever que le lien C-S dans
l’hydrotraitement. Par conséquent, la dénitrification se produit dans une mesure beaucoup moins que
l’hydrotraitement. L’azote n’est généralement pas un problème important dans le naphta de première
distillation. Si c’était le cas, un catalyseur nickel –molybdène aux conditions d’hydrotraitement de haute
sévérité serait nécessaire. Les composés de l’azote généralement trouvés dans les naphtas directs sont le
methylpyrrol et la pyridine.
La chaleur libérée par les réactions de dénitrification est également négligeable étant donné la petite
quantité du composé de l’azote concerné.
CH CH
+4H2 C5H12 + NH3 ……….1

CH C-CH3
NH
Methylpyrrol n-pentane ammoniac
+ 5H2 C5H12 + NH3 …………….2
N
Pyridine n-pentane ammoniac
c)Désoxygénation
D’une manière similaire à la dénitrification, les réactions de désoxygénation sont beaucoup plus
difficiles que l’hydrotraitement. Les contaminants oxygénés ne sont pas un problème important dans le
naphta de première distillation, mais plus dominant dans les naphtas craqués et synthétiques. Dans les
réactions de désoxygénation, le lien C-O est cassé et l’aliphatique ou l’aromatique saturé correspondant est
formé ensemble avec de l’eau.

CH
CH C-OH
+H2 +H2O……………(C)
CH CH
CH
Phénol benzène
III.1.1.1.2Réactions d’hydrogénation
L’hydrogénation ou la saturation d’oléfine est l’addition d’hydrogène à un hydrocarbure non- saturé afin de
fabriquer un produit saturé. Des hydrocarbures oléfiniques ne sont pas normalement présents dans les
naphtas directs, mais ils peuvent se trouver en concentrations élevées dans les naphtas craqués. La
réaction de saturation d’oléfine est hautement exothermique et continue relativement facilement et
rapidement (dans la partie supérieure du lit de catalyseur). Les mono-oléfines à chaîne droite sont
faciles à hydrogéner, tandis que les dioléfines cycliques ramifiées, comme méthylcyclopentadiène, sont un
peu plus difficiles. Les anneaux aromatiques ne sont pas hydrogénés sauf dans les conditions
d’hydrotraitement les plus sévères, lorsque l’hydrogénation mineure peut se produire. Les réactions typiques
d’hydrogénation des oléfines sont:
+H2
CH3 – CH2 – CH – CH – CH3 CH3 – CH 2 – CH2 – CH3 ………… (1)
2-Pentène Pentane
+H2
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH = CH2 CH3–CH2–CH2–CH2 –CH2–CH2 – CH3… (2)
1-Heptène n-pentane
Les réactions d’hydrogénation des oléfines sont exothermiques. La chaleur de réaction est autour de 30
kcal/mole.
III.1.1.2 Catalyseur HR-506
III.1.1.2.1 Caractéristiques de catalyseur
Axens HR-506 est un catalyseur bimétallique composé de nickel et de molybdène (Ni/Mo) dispersé sur une
grande surface de support d’alumine.
Les caractéristiques principales de tous les catalyseurs d’hydrotraitement sont:
• Support d’alumine de haute pureté qui a une forte résistance à l’attrition;

• Haute stabilité et sélectivité envers les réactions souhaitables d’hydrotraitement.
L’association des qualités ci-dessus donne les avantages suivants :
• Hydrotraitement efficace;
• Perte minimale de rendement;
• Longue vie de catalyseur.
III.1.1.2.2 Variables du procédé
Il ya quatre variables principales du procédé qui ont un effet direct sur la performance du réacteur:
• Température de réacteur,
• Vitesse spatiale,
• Pression partielle d’hydrogène,
• Composition d’alimentation.
a)Température de réacteur
La température d’entrée au lit de réacteur est la variable la plus directe pour l’opérateur a fin de contrôler la
qualité du produit. La haute température améliorera les réactions de prétraitement, mais augmentera
également le craquage et les dépôts de coke sur le catalyseur. Par conséquent, une température optimale
est déterminée pour équilibrer l’efficacité du prétraitement avec la vie de catalyseur. Cette température
optimale se varie avec les variations de charge d’alimentation, les niveaux d’activité de catalyseur et les
vitesses spatiales. L’unité HDT est conçue pour le différentiel maximal de la température d’entrée de30°C
entre le démarrage d’alimentation et la fin.
b) Vitesse spatiale
La vitesse spatiale est définie comme le ratio du débit horaire d’alimentation liquide au volume de catalyseur,
à savoir:
Vitesse spatial horaire en poids (WHSV) = Eq…1
Vitesse spatial horaire en liquide (LHSV) = Eq…1’
L’inverse de la vitesse spatiale est proportionnel au temps de séjour de l’alimentation dans le réacteur.
La vitesse spatiale est une mesure de la sévérité des opérations à la température constante de
réacteur, plus haute la vitesse spatiale, plus basse la sévérité et vice-versa. Lorsque la quantité de catalyseur
est un constant, la vitesse spatiale peut seulement être changée par varier le ratio d’alimentation en liquide.
La diminution de la vitesse l’alimentation diminue la vitesse spatiale. À la température constante, cela
augmente l’activité et par conséquent améliore l’efficacité d’hydrotraitement. Pour des changements mineurs
dans la vitesse d’alimentation, aucune action n’est demandée par l’opérateur, pour de larges réductions ce
pendant, il est recommandé que l’opérateur opère à une basse température afin de préserver la longueur de
cycle.

c) Pression partielle d’hydrogène
Celle-ci est définie comme le ratio des moles d’hydrogène aux moles totales d’hydrogène et d’hydrocarbures
dans le réacteur multiplié par la pression absolue de réacteur. La pression partielle dépend de la qualité
d’alimentation et de la présence des hydrocarbures non- saturés. Une augmentation dans cette variable
améliore les réactions d’hydrotraitement et diminue les dépôts de coke sur le catalyseur et vice-versa. Tout
changement significatif à la pression partielle d’hydrogène est accompli par varier la vitesse d’alimentation,
le débit de gaz de recyclage ou la quantité du gaz d’appoint.
d) Composition d’alimentation
La composition d’alimentation est une variable indirecte, à la quelle l’opérateur réagit pour le contrôle de
performance. Lorsque les compositions de charge d’alimentation changent des ajustements doivent être faits.
Une teneur en impuretés plus élevée ou bien un point d’ébullition final plus haut doit être harmonisé avec
une plus grande sévérité, à savoir, un débit plus bas ou bien une température plus haute. C’est au détriment
d’un cycle plus court de catalyseur.
III.1.2 ISOMERISATION DU NAPHTA PRETRAITE (U 702/703)

L’objectif de ce procédé est d’améliorer l’indice d’octane de recherche et de moteur de l’alimentation du
naphta léger (principalement C5/C6) avant de mélanger dans l’essence. La fraction de naphta léger a un bas
indice d’octane (en général <68). Le procédé d’isomérisation convertit une proportion d’équilibre de ces
isomères normaux à bas indice d’octane en leurs isomères branchés à plus haut indice d’octane.
Ce procédé développé et licencié par Axens se compose de deux réacteurs à lit adiabatique, de réactions
d’isomérisation C5/C6 achevées dans les deux réacteurs. Les réactions d’isomérisation sont effectuées sur
un lit fixe de catalyseur chloré dans un environnement d’hydrogène. Les conditions opératoires ne sont pas
sévères étant reflétées par pression de service modérée, basse température, basse pression partielle
d’hydrogène et haute vitesse spatiale de catalyseur. Ces conditions opératoires favorisent la réaction
d’isomérisation, minimisent l’hydrocraquage et les coûts d’équipements.
III.1.2.1 Description de l’unité
III.1.2.1.1 Section sécheur

Les sécheurs seront en écoulement en série pour l’alimentation et l’appoint de H2.
Une fois que la teneur en humidité dans les effluents du sécheur de tête, atteint 1ppm pds, il doit être mis
hors service pour régénération.
Le débit de régénération est contrôlé dans la boucle de régénération.
Un régulateur de pression maintient une contre-pression dans la boucle avant de mélanger à nouveau avec le
produit isomérat en aval de la vanne de régulation de pression.Un Dégazeur 701-V-11 est nécessaire dans la
boucle pour purger toute fuite de gaz d’échappement à partir des sécheurs et pour séparer l’eau à partir du

régénérant. La purge de gaz est sous contrôle de niveau 701-LIC-2301 du Dégazeur qui est maintenu plein de
liquide.
La température de régénération est contrôlée (701-TIC-2306) par l’énergie électrique du Surchauffeur de

régénération des sécheurs701-EH-1. [1]
III.1.2.1.2 Section Isomérisation
Les deux phases combinées prévenantes de la section sécheur sont préchauffés dans l’échangeur 701-E-2
(recyclage Déisohexaniseur/Charge réacteur) ensuite dans le701-E-3 (Effluent Réacteur/la charge de
l’échangeur) enfin la charge du réacteur va être chauffée par la vapeur intermédiaire dans l’échangeur 701-E-
4(Réchauffeur de charge Isomérisation).
Une petite quantité d’agent de chloration est injectée par la pompe d’une façon continue dans le réacteur
d’isomérisation pour maintenir l’équilibre d’acidité sur le catalyseur (l’agent de chloration est stocké dans le
ballon 701-V-5).
Le mélange est envoyé vers le premier réacteur d’isomérisation701-R-1ou la réaction d’isomérisation va être
effectuée (cette réaction est légèrement exothermique), l’effluent du réacteur est refroidi dans l’échangeur
701-E-3 coté tube avant d’entrer dans le second réacteur R2 ou se passe la continuité de la réaction
d’isomérisation. L’effluent est envoyé vers la colonne de stabilisation 701-C-1 sous control de pression.
III.1.2.1.3 Section De Stabilisation

Le produit de fond du stabilisateur est envoyé au Déisohexaniseur 701-C-2 sous contrôle de débit 701-FIC-
1601 réinitialisé par le contrôle de niveau 701-LIC-1601 de la colonne de Stabilisation 701-C-1.
Le rebouillage est sous contrôle de débit du condensat MP 701-FIC-1602 réinitialisé par un Régulateur
sensible de la température du plateau 701-TIC-1606.
La pression est contrôlée par un Régulateur de pression 701-PIC-1701 sur le gaz d’échappement du
stabilisateur.
Le reflux est sous contrôle de débit 701-FIC-1701 réinitialisé par le niveau du ballon de reflux du
stabilisateur 701-LIC-1701.
III.1.2.1.4 Deisohexaniseur
L’alimentation provenant du fond du stabilisateur est sous contrôle de débit réinitialisé par le niveau du fond
du stabilisateur.
Le reflux du déisohexaniseur est sous contrôle de débit 701-FIC-1901.
Le distillat est soutiré sous contrôle de débit 701-FIC-2002 réinitialisé par le contrôle de niveau du ballon de
reflux 701-LIC-2001.
La pompe-around du soutirage latéral est sous contrôle de niveau du ballon de recyclage DIH 701-LIC-1801.
Le rebouillage est sous contrôle de débit du condensat MP 701-FIC-1903 réinitialisé par une température
sensible du plateau 701-TIC-1904.
La pression de la colonne est contrôlée par 701-PIC-1901 en tête de colonne.

Le fond du déisohexaniseur est contrôlé par le contrôle de débit 701-FIC-1902 réinitialisé par le contrôle
de niveau 701-LIC-1901.
III.1.2.1.5 Section Scrubber
Le gaz d’échappement de l’Epurateur 701-C-3 est soutiré sous contrôle de pression701-PIC-2201.
Le contrôle de température de la circulation de soude caustique est sous contrôle de débit de la vapeur BP
701-FIC-2202 à travers le Réchauffeur du recyclage de la soude caustique.
III.1.2.1.6 Régénération Des Sécheurs
Les tamis moléculaires se saturent après une certaine période, par conséquent une régénération s’avère
obligatoire. Un analyseur en ligne (Multi cellule) est utilisé pour mesurer le taux d’humidité contenu dans les
flux sortant de chaque sécheur.
Les deux sécheurs (de charge et d’hydrogène) sont régénérés en utilisant le distillat vaporisé du la
régénération est isolé tandis que le deuxième reste en état de marche.
Le régénérant est fournie par les701-P-5A/B et il est complètement vaporisé par la vapeur intermédiaire IS2
au niveau de vaporisateur (701-E-12) qui est constitué d’une calandre verticale et des tubes à baïonnettes.
La vapeur est ensuite surchauffée jusqu’à 310°C dans surchauffeur électrique 701-EH-1. La vapeur chaude
quittant le sécheur est condensée au niveau du701-EA-3 (Aéroréfrigérant du régénérant).
Figure IV.2: schéma de l'unité d'isomérisation U 701 [1].

III.2.2.2 Réactions chimiques

III.2.2.2.1 Isomérisation
Il ya principalement deux réactions fondamentales produisant :
• Hydrogénation de benzène
• Isomérisation
La première réaction est hautement exothermique. Afin de surveiller la température d’isomérisation,
l’hydrogénation de benzène se produit dans le premier réacteur. La deuxième réaction est la réaction
d’isomérisation même et cela se produit dans les deux réacteurs.
a) Hydrogénation de benzène
Le benzène et l’hydrogène réagissent pour former le cyclohexane.
C6H6 + 3H2 C6H12 ……………. (a)
Cette réaction se produit dans la première partie du Réacteur avancé (leadreactor) 701-R-1 (ou 701 - R-2).
L’hydrogénation de benzène est une réaction exothermique (16800kcal/ kmol d’hydrogène consommé).
b) Isomérisation
L’isomérisation est la conversion ou le réarrangement de la structure d’un composant à sa structure plus
branchée, à indice d’octane plus élevé. Ces réarrangements sont décrits par la formule suivante:

CH3
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH2 – CH3…………… (1)
n-pentane isopentane
(RON=62) (RON=93)
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3…………….... (2)
CH3
N-hexane 2methylpentane
(RON=30) (RON=74)
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3
CH3
3methylpentane
(RON=75)
CH3
CH3 – C – CH2 – CH3
CH3
2,2 dimethylbutane
(RON=92)
CH3
CH3 – CH – CH – CH3
CH3
2,3dimethylbutane
(RON=104)
Ces réactions, comme montrées, sont réversibles et la distribution finale des isomères est basée sur la
composition d’équilibre qui est imposée par les conditions et la cinétique du procédé de réacteur.
En plus des réactions d’isomérisation, il ya d’autres réactions secondaires qui se produisent également, dont
quelques-unes ne sont pas souhaitables.

III.1.2.2.2 Ouverture d’anneaux de naphtènes

Les trois naphtènes qui sont en général présents dans une alimentation d’isomérisation sont cyclopentane
(CP), méthyl cyclopentane (MCP) et cyclohexane (CH). Ces anneaux naphténiques se brisent et
s’hydrogènent pour former des paraffines. Les réactions d’ouverture d’anneaux augmentent avec
augmentation de température et à nouveau sont gouvernées par compositions d’équilibre aux conditions du
procédé de réacteur.
A conditions générales de réacteur d’isomérisation, la conversion des anneaux de naphtène en paraffines sera
approximativement de20-30 pourcent.
+ H2 C5H12……………… (1)
C5H10
(Cyclopentane)
+ H2 C6H14 ……………. (2)
C6H12
(Cyclohexane)
CH3
+ H2 C6H14 …………..... (3)
C6H12
(Methyl cyclopentane)
Les composants naphténiques ou cyclique sont tendance d’inhiber les réactions d’isomérisation et sont par
conséquent non-souhaitables en larges quantités. Les composants cycliques sont absorbés sur le
catalyseur et réduisent les sites actifs disponibles pour isomérisation de paraffine. Ils consomment
également de l’hydrogène, produisent la chaleur exothermique qui est non-souhaitable de la position

d’équilibre d’isomérisation. Bien qu’ils soient non-souhaitables, ils sont une fraction naturelle de naphta de la
coupe C5/C6 et sont difficiles à éliminer sans éliminer également d’autres composants souhaitables.
III.1.2.2.3 Hydrocraquage
Lors d’opération aux conditions de réacteur à basse sévérité, très peu d’hydrocraquage de C5/C6 se produit
dans les réacteurs d’isomérisation. Les paraffines de C7 ce pendant s’hydrocraquent facilement pour produire
des composants de C3 et de C4. Beaucoup d’hydrocraquage se produit dans le premier réacteur qui
fonctionne en général à une température plus élevée. Les réactions d’hydrocraquage consomment de
l’hydrogène, et par conséquent il est recommandé de limiter la teneur en C7+de la charge d’alimentation
d’isomérisation.
C7H16 +H2 C3H8 + C4H10…………..(*)
III.1.2.3 Variables de procédé

Il ya cinq variables primaires de procédé qui ont un effet direct sur les performances de réacteur
d’isomérisation:
• Température de réacteur;
• Vitesse spatiale;
• Rapport Hydrogène/ Hydrocarbure;
• Composition d’alimentation;
• Pression de sortie de réacteur;
• Injection de chlorure.
III.1.2.3.1 Température de réacteur
La température d’entrée des réacteurs est la variable la plus directe disponible de ’opérateur afin de contrôler
la qualité de produit. Les températures plus élevées améliorent l’activité de catalyseur et l’approche à
l’équilibre, mais cela diminue la quantité d’équilibre d’isomères dans les effluents de réacteur. Les
températures plus élevées augmentent également des réactions d’hydrocraquage, et par conséquent les
dépôts de coke sur le catalyseur.
III.1.2.3.2 Vitesse spatiale
La Vitesse spatiale horaire pondérale (WHSV) est définie comme le rapport du débit horaire
d’alimentation liquide en kg/h au poids de catalyseur, à savoir:
Vitesse spatial horaire en poids (WHSV) = (Eq….1)
Ce paramètre est fixé par le taux d’alimentation.

La vitesse spatiale horaire pondérale de calcul pour les réacteurs d’isomérisation est de 1.1 h-1 (globale pour
les deux réacteurs).
La quantité de catalyseur étant une constante, la vitesse spatiale peut être changée uniquement en variant
le taux d’alimentation liquide. La diminution du taux d’alimentation diminue la vitesse spatiale. A
température constante, cela augmente l’activité et par conséquent l’approche à l’équilibre. La température
d’entrée du réacteur peut être réduite tout en maintenant la performance optimale de catalyseur.
III.1.2.3.3 Rapport hydrogène charge
Ce rapport est défini comme le nombre de moles d’hydrogène à la sortie de réacteur par mole d’alimentation
liquide de C5+ passant sur le catalyseur. Le rapport de calcul pour cette unité est de 0.06, pour fournir
suffisamment d’hydrogènes aux sites actifs pour les réactions d’isomérisation afin de traiter et de saturer le
benzène. Aussi, cela évite le dépôt de carbone sur le catalyseur avec suffisamment
d’hydrogène pour saturer les composants hydrocraqués. Ce rapport doit toujours rester au- dessus de 0.06. Si
nécessaire, réduire le taux d’alimentation de réacteur afin de maintenir le rapport.
III.1.2.3.4 Injection de chlorure

Le catalyseur de platine chloré perd une petite quantité de chlorure d’une façon continue jusqu’à l’effluent
de réacteur, et cela est constitué par l’injection continue d’un agent de chlorure aux réacteurs d’isomérisation.
Le Tétrachloroéthylène(C2Cl4), non-stabilisé, est l’agent chlorurant recommandé. Les réacteurs
d’isomérisation ne devraient pas être en service pour plus de six heures sans injection de chlorure,
car les réactions d’isomérisation ralentissent significativement avec déficience de chlorure.
III.1.2.3.4 Pression de sortie de réacteur

La sortie du deuxième réacteur, la pression doit être au-dessus du minimum de30 kg/cm²g.
III.2 INCORPORATION DU MTBE DANS LA FORMULATION

Dans une première essaie, la raffinerie de Skikda a importé, le 14 février 2014, une cargaison du MTBE
d’environ 20000 Tonnes consacré principalement à la production de l’essence super sans plomb. Le certificat
d’analyse illustrant la qualité du MTBE importé est donnée par le tableau ci-dessous.

Tableau III.2:fiche technique du MTBE importé [1].
Test Method Unit Results
MTBE ASTM D 5441 %m/m 08.73
Density at15°C ASTM D 4052 kg/l 0.7462
Vapour pressure ASTM D 5191 kg/cm2 0.561
Water ASTM E 1084 mg/kg 250
C4-C6 ASTM D 5441 (mod.) %v/v 0.9
Benzene ASTM D 5441 (mod.) %v/v not detected
Aromatics ASTM D 5441 (mod.) %v/v not detected
Olefins ASTM D 5441 (mod.) %v/v not detected
Total Oxygen ASTM D 5441 (mod.) %m/m 18.18
Total Sulfur EN20846 mg/kg not detected
Research Octane Number ASTM D 2609 (mod) 126
Motor Octane Number ASTM D 2700 (mod) 114
CONCLUSION
Par l’installation de l’unité d’isomérisation et l’importation du MTBE, la raffinerie de Skikda est
actuellement dotée d’outils permettant non seulement de produire plus d’essences mais aussi d’aller vers de
carburants plus respectueux de l’environnement, et ceci par l’élimination totale du plomb.

La partie théorique IV. Généralité sur la catalyse
INTRODUCTION [8]
La catalyse est une science pluridisciplinaire née au début du siècle. En 1835, J.J. Berzelius (1779-1848) a
introduit le nom «catalyse», issu des noms grecs lysein (casser) et Kata (vers le bas).
La compréhension des phénomènes catalytique sa par la suite nettement progressé avec le développement de
méthodes de mesure des vitesses des réactions et avec les travaux de S. Arrhenius.
La catalyse a connu des développements considérables, la première application industrielle de la catalyse fut
la synthèse de l’ammoniac en 1910(F. Haber, 1868-1934 prix Nobel en 1919).
Dans leur ensemble, les catalyseurs industriels constituent le cœur des procédés de raffinage, et ils
conditionnent leur évolution future. De plus en plus les procédés catalytiques se développent aux dépens des
procédés thermiques et la découverte de nouveaux procédés.
IV.1 CATALYSE [8]
La catalyse est l’action par la quelle une substance accélère une réaction chimique par sa seule présence, en
se retrouvant intacte à l’issue de celle-ci. Cette substance, appelé catalyseur, est de plus utilisée en très petite
quantité par rapport aux réactifs en présence.
Il existe trois types de catalyse:
 Catalyse homogène: lorsque le catalyseur et les réactifs ne forment qu’une seule phase.
 Catalyse hétérogène: lorsque le catalyseur n’appartient pas à la même phase que les réactifs et les
produits. Le plus souvent, il est solide alors que les réactifs sont gazeux ou liquides. Cette situation
entraine certains avantages propres à la catalyse hétérogène
-Le catalyseur est aisément séparable du milieu réactionnel, donc le plus souvent recyclable s’il n’a pas
subi d’empoisonnement. De ce fait, il permet de limiter les rejets polluants.
-Le catalyseur solide est moins corrosif que certains catalyseurs homogènes (acides minéraux
concentrés,…etc.).
 Catalyse enzymatique: si le catalyseur est une enzyme, c'est-à- dire une protéine de nombreux
caractères de la catalyse enzymatique (influence de la concentration du catalyseur, types de
succession d'étapes, etc.) sont les mêmes que ceux de la catalyse homogène.
IV.1.1 CATALYSE HETEROGENE DANS L’INDUSTRIE 8]
Les procédés industriels font largement appel à la catalyse afin d’accélérer les vitesses des réactions au
détriment de la température. Elle permet d’augmenter la rentabilité des procédés grâce à des économies de
temps et d’énergie.
Dans cette catalyse les réactifs réagissant à la surface du catalyseur solide (grains fins ou solides poreux) en
s’adsorbant à la paroi catalytique. Les produits de la réaction ainsi formés, s’adsorbant dans la phase fluide
qui sert de réservoir pour les réactifs et les produits.

IV.2.2 MECANISME CATALYTIQUE [9]
Le mécanisme catalytique comporte cinq étapes consécutives :
 Diffusion des réactifs sur le catalyseur.

 Adsorption des réactifs.
 Interaction des réactifs adsorbés.
 Désorption des produits de la surface du catalyseur.
 Diffusion des produits quittant la surface vers le milieu entourant le catalyseur.
Les étapes une et cinq sont des processus physiques de transfert de masse qui sont régis par les différentes
lois de diffusion de FICK, alors que les étapes deux, trois et quatre sont des processus régis par la cinétique
chimique.
A BC D
+ Bs CS +
AS DS
(II) (III) (I)
Figure IV. 1 : Schéma du mécanisme réactionnel.
(I) : Est la surface d’un pore du catalyseur;
(II): Est l’équilibre d’adsorption et de désorption des réactifs ;
(III): Est la réaction chimique en phase adsorbée.
IV.1.3 CINETIQUE DE LA REACTION CATALYTIQUE
En catalyse hétérogène, les cinq étapes se succèdent et forment un processus bien ordonné. Prise séparément,
chaque étape est caractérisée par sa propre vitesse qui peut être différente des autres, mais mises ensembles,
ces étapes forment un mécanisme réactionnel ayant une seule vitesse, celle de l’étape la plus lente. [10]
C’est le phénomène de limitation lorsque, par exemple, la vitesse de la réaction observée est inférieure à celle
qui serait atteinte si le flux de réactif vers la surface active était suffisant, on dit qu’il ya limitation
diffusionnelle. [11]

On définit ainsi un facteur d’efficacité η qui représente le rapport de la vitesse de la réaction et celle en
absence de limitation diffusionnelle:
𝐫
η = ........... (Eq...1)
𝐫∗
Où : r est la vitesse réelle de la réaction.
r *est la vitesse sans limitation diffusionnelle.
Le module THIELE [12], qui est un nombre adimensionnel, est une mesure de grandeur relative entre la
vitesse de la réaction et la vitesse de la diffusion.
Les faibles VALEURS de ce module de THIELE définissent le domaine chimique alors que les valeurs
élevées définissent le domaine diffusionnel ou physique [13].
d𝑝 𝛎i𝐈g
Φ= ………. (Eq...2)
2 D𝑒
Où :
dp : est le diamètre de la particule solide;
vi: est la constante de vitesse intrinsèque;
Ig : est la masse spécifique du solide;
De : est coefficient de diffusion effectif dans les pores.
IV.2 CATALYSEUR [14]
Un catalyseur est une substance susceptible d’accélérer par sa présence la transformation chimique d’une
masse importante de matière sans qu’il soit, quant à lui, consommé au cours de la réaction. Il ne modifie en
aucune façon les possibilités réactionnelles qui sont fixées par la thermodynamique, de telle sorte à favoriser
la production des produits désirés, au détriment des sous-produits, un tel catalyseur est dit sélectif.
En présence d’un catalyseur, la réaction est caractérisée par une augmentation de la vitesse de la
transformation des réactifs et la réduction de l’énergie d’activation.
IV.3 CARACTERISTIQUES ET PROPRIETES DES CATALYSEURS

INDUSTRIELS [13]
Pour qu’un catalyseur soit industriellement efficace, il faut qu’il présente certaines propriétés intrinsèques
qui doivent répondre aux exigences de l’utilisateur. Nous distinguons les propriétés fondamentales qui
résultent de la définition même du catalyseur, à savoir : l’activité, la sélectivité, la stabilité et les propriétés

dites secondaires ou industrielles qui sont: la morphologie, la régénérabilité, la résistance mécanique et

thermique et le prix.
IV.3.1 ACTIVITE DU CATALYSEUR
L’activité est la capacité d’un catalyseur a activé la transformation d’une charge en produits. Elle exprime la
vitesse de transformation des réactifs dans les conditions opératoires données.
Une bonne activité se traduit par une vitesse de réaction élevée permettant soit d’utiliser peu de catalyseur,
soit d’opérer dans les conditions opératoires peu sévères et notamment à une température relativement basse.
L’activité est réduite par le dépôt de coke, de poison que l’on enlève partiellement par un prétraitement.
L’effet de coke est de diminuer la surface active de catalyseur, ce qui entraine une diminution progressive de
la conversion.
IV.3.2 SELECTIVITE DU CATALYSEUR
La sélectivité caractérise la capacité du catalyseur à augmenter la vitesse des réactions désirables tout en
maintenir inchangées les réactions indésirables.
Une sélectivité élevée permet d’obtenir un bon rendement dans le produit désiré et un rendement minimum
des réactions parasites. Elle s’exprime en pourcentage par rapport à la fraction de réactif transformé (ou aux
produits formés).
IV.3.3 STABILITE DU CATALYSEUR
La stabilité d’un catalyseur est liée à l’état des fonctions acide et métallique. Cet état doit être maintenu le
plus longtemps possible. La fonction acide peut être modulée par l’adjonction soit d’oxydes métalliques qui
peuvent la neutraliser partiellement, soit par l’injection de chlore au cours d’opération qui permet de
l’augmenter.
Elle est définie par le temps pendant le quel l’activité et la sélectivité du catalyseur restent inchangées. Une
bonne stabilité caractérise le fait que le catalyseur n’évolue que l’entement au cours du temps.
IV.3.4 MORPHOLOGIE DU CATALYSEUR
La morphologie externe des grains catalytiques doit être adaptée au procédé catalytique correspondant.
 Pour les lits mobiles, ces catalyseurs sont sous forme de poudre sphérique pour limiter les problèmes
d’attrition et d’abrasion.
 Pour les lits fluidisés, nous utiliserons une poudre sous forme sphéroïdale si possible pour éviter
l’attrition.
 Pour les lits fixes, nous utiliserons des catalyseurs sous forme de billes, d’anneaux, des extrudés de
pastille. La forme et les dimensions des grains influeront sur les pertes de charges, pour un diamètre

équivalent donné, les catalyseurs ayant les formes précitées, se classeront en fonction des pertes de
charges qu’ils provoquent, comme suit :
Anneaux <billes < pastilles < extrudés < concassés.
IV.3.5 RESISTANCE MECANIQUE DU CATALYSEUR
Une bonne résistance mécanique évite au catalyseur l’encrassement dû à son poids et aux différentes
contraintes mécaniques résultant du déplacement entre réacteur et régénérateur. Elle évite aussi l’abrasion
des grains, qui par frottement les uns contre les autres, produisent des fines particules qui peuvent créer une
augmentation des pertes de charges dans le lit catalytique.
IV.3.6 RESISTANCE THERMIQUE DU CATALYSEUR
Les réactions catalytiques sont exothermiques, ainsi un catalyseur doit avoir une activité thermique et une
capacité thermique appropriées, afin de maintenir un gradient de température en facilitant le transfert de
chaleur à l’intérieur et à l’extérieur du grain catalytique.
IV.3.7 REGENERATION DU CATALYSEUR
Après un certain temps d’activité, les catalyseurs perdent leur activité par vieillissement. Quand leur activité
et leur sélectivité sont devenues insuffisantes, nous procédons à leur régénération pour leur permettre de
retrouver leurs propriétés initiales.
IV.3.8 REPRODUCTIBILITE DU CATALYSEUR
Cette propriété est très importante du point de vue approvisionnement du réacteur. Pour éviter la fluctuation
des propriétés du catalyseur lors de sa formulation, il faut s’assurer que la préparation des catalyseurs à
l’échelle laboratoire doit être reproduite à l’échelle industrielle, dans des conditions économiquement
acceptables.
IV.3.9 PRIX
Même si le catalyseur possède toutes les caractéristiques qui viennent d’être citées, il doit supporter à
performances égales, la comparaison avec les catalyseurs ou procédés concurrents du point de vue prix.
IV.4 DEVELOPPEMENT DES CATALYSEURS D’ISOMERISATION [15]

Les catalyseurs d’isomérisation doivent être intrinsèquement très acides pour promouvoir la formation et
l’isomérisation d’un carbocation, dont l’existence en tant qu’un intermédiaire réactionnel est maintenant
reconnue. Quatre générations de catalyseurs se sont succédé depuis1933, l’année où des chercheurs ont
montré que l’hexane et l’heptane pouvaient être isomérisés par le chlorure d’aluminium, premier né des
catalyseurs d’isomérisation.

IV.4.1 CATALYSEURS DE PREMIERE GENERATION [16]
NENITZESCU et DRAGAN, en 1933, ont été les premiers à montrer que l’hexane et l’heptane pouvaient
être isomérisés par le chlorure d’aluminium.
En1936, IPATIEFF décrivait une action identique sur le n-butane. C’est ainsi que naît la première
génération des catalyseurs d’isomérisation, qui étaient de type «FRIEDEL et CRAFTS». Depuis, une
masse énorme d’articles ont été publiés à propos de ces catalyseurs, qui sont tous des halogénures, utilisés en
phase homogène, où supporté sur des solides poreux (alumine, bauxite, silice)
Tableau IV.1 : Catalyseurs de première génération
Procédé La charge La phase T(c°) Catalyseur

Shell AlCl3/bauxite/Cl
C4 Gaz 95-150
UOP AlCl3/HCl
C4 Liquide 80-100
AlCl3/HCl
Isomate C5/C6 Liquide ---
Shell C4/ C5/C6 Liquide --- AlCl3/SbF3/HCl
IV.4.2 CATALYSEURS DE DEUXIEME GENERATION [17]
Une deuxième génération de catalyseurs d’isomérisation apparaît vers les années cinquante, avec les
catalyseurs bifonctionnels. Ces catalyseurs sont constitués d’un composant hydrogénant, généralement un
métal noble, supporté sur un solide poreux acide, de grande surface : alumine, silice alumine, alumine bore,
aluminosilicate cristallisé ou pas. Utilisés sous pression d’hydrogène moyenne, ils sont d’emploi aisé, et
profitent d’une technique éprouvée.
La température d’utilisation de ces catalyseur sa progressivement évolué de 200°Cà250°C au fur et à mesure
qu’étaient mis au point des supports de plus en plus acides.
Tableau IV.2 : Catalyseurs de deuxième génération

Procédés Charge P(Bar) T (°C) Catalyseur
Butamer n-C4 --- 375 Pt /support
Pentafining C5/C6 49 450 Pt/silisoalumine
Isomérate C5/C6 20 420 Méta
Iso-kel C5/C6 24 -42 400 Métal
Penex hauteTempérature C5/C6 21– 70 400 Pt/support

IV.4.3CATALYSEURS DE TROISIEME GENERATION [16]
Pour bénéficier de conditions thermodynamiques plus satisfaisantes, il fallait donc, rechercher des
catalyseurs fonctionnant à plus basse température. C’est ainsi que fut mise au point la troisième génération
de catalyseurs, alliant à la fois les avantages de la première génération (fonctionnement à basse température,
activité élevée) et de la deuxième génération (sélectivité, facilité d’utilisation), il s’agit de systèmes
catalytiques à base de platine déposé sur alumine chlorée.
Tableau IV.3 : Catalyseur de troisième génération
Procédés Charge P(Bar) T(°C) Catalyseur
Pt/Al2O3chlorée par
C4/C5/C6 20 -70 110-180 AlCl3
Penex (BT)
C4/C5/C6 10 -25 110-180 Pt/Al2O3 chlorée par

C5/C6Isomérisation(BP)
CCl4
C5/C6Isomérisation(IFP) C4/C5/C6 25 -50 110-180
Pt/Al2O3 chlorée Par
AIR xCly
IV.4.4CATALYSEURS DE QUATRIEME GENERATION [17]
Cette génération est représentée par des catalyseurs zéolitiques bifonctionnels, permettant de travailler à des
températures moyennes (250°Cà270°C), mais qui présentent de plus, l’avantage d’être très faciles à mettre
en œuvre et d’être résistants aux poisons tels que le soufre et l’eau, ce qui évite le prétraitement de la charge.
Tableau IV.4 : Catalyseur de quatrième génération
Procédés Charge Pression Température Catalyseur Phase
Shell Hysomer C5/C6 Bar

30 (°C)
230–300 Gaz
Pt/H-modernité
UOP C6 21 150 Gaz
H-modernité+
PtRe/Al2O3
Sun-Oil C5/C6 30 325 Gaz
PtHY Pd/modernité
Norton C5 30 250 Gaz
Pt/modernité
IFP C5/C6 15–30 240-260 Gaz

IV.5 CATALYSEUR ATIS-2L [1]

Le choix du catalyseur est important pour optimiser les rendements, le choix est possible puisqu’il existe sur
le marché international des catalyseurs de différentes formules de base à savoir le niveau de chlorure, le
niveau de platine, et différents agents d’activation.
IV.5.1CARACTERISTIQUES DE CATALYSEUR
La référence de catalyseur d’isomérisation est ATIS-2L. Il s’agit d’une platine sur le catalyseur basé sur
alumine chlorée utilisé dans la raffinerie pour l’isomérisation de coupes C5- C6 paraffiniques produisant une
amélioration de RON et de MON de l’essence légère envoyée pool essence. Une haute conversion de n-
paraffines est obtenue à basse température avec hauts rendements.
IV.5.2COMPOSITION DU CATALYSEUR DE L’ISOMERISATION ATIS-2L
Le catalyseur ATIS-2L de l’unité de l’isomérisation de la raffinerie de Skikda est un catalyseur

monométallique (Pt) sur un support d’alumine.
 Une fonction métal due au platine responsable de réactions d’hydrogénation.
 Une fonction acide due au support (Al2O3) assurant les réactions isomérisation, cyclisation,
polymérisation, craquage.
IV.5.2.1 Platine
Le platine (0.23 % pds) dispersé sur l’alumine qui en présence d’hydrogène, limite la formation
d’hydrocarbures lourds assimilables au coke sur la surface du catalyseur.
Ils présentent un certain nombre de servitudes:
 Ils sont très sensibles aux poisons que sont en particulier l’eau et le soufre. Cela nécessite une
purification préalable et séchage rigoureux de la charge.
 Ils imposent l’injection continue d’un composé chloré pour maintenir le taux de chlore sur le
catalyseur. Le chlore est en effet en partie élu sous forme HCl par les effluents gazeux et liquides de
l’unité qui doivent subir un traitement de neutralisation.
 Ils doivent travailler en présence d’hydrogène pour préserver l’activité catalytique en empêchant le
«coke».
IV.5.2.2 Support acide (Al2O3)
C’est une alumine avec une grande surface spécifique et une teneur de (8 à 10% pds) en chlore afin de
maintenir cette acidité optimale du catalyseur
Figure IV.2 : Structure de catalyseur

IV.5.3 MECANISME DU CATALYSEUR [1]
Il ya plusieurs théories de mécanisme de réaction présentées selon la base de type de catalyseur utilisé, à
savoir, soit il s’agit d’un catalyseur à double fonction qui se compose d’un métal et d’un support, soit son
acidité est améliorée par un halogène. Quel que soit le type de catalyseur utilisé, l’étape intermédiaire est
identique, à savoir, la formation d’un ion carbonium ou carbocation.
L’isomérisation sur catalyseurs à double -fonction dans une atmosphère d’hydrogène est généralement
décrite par le schéma de réaction suivante :
Pt
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 + H2….. (1)
Le fonctionnement métallique de catalyseur, dans ce cas la platine, catalyse la formation d’un intermédiaire
d’oléfine par déshydrogénation de la paraffine. Les oléfines sont ensuite converties en ions
carbonium par l’addition d’un proton durant adsorption sur la sur face acide du catalyseur.
+ 𝑯+ +
CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH3 ………. (2)
Le réarrangement de squelette se produit ensuite :
+ CH3
CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH2 – C – CH3 ………. (3)
+
L’ion carbonium réarrangé est ensuite désorbé comme une iso-oléfine qui est ensuite hydrogénée par le
fonctionnement métallique de catalyseur à l’iso-paraffine :
CH3 CH3
CH3 – CH2 – C – CH3 CH3 – CH2 – C = CH2 + 𝑯+ ……… (4)
+
CH3 Pt CH3
CH3 – CH2 – C = CH2 + H2 CH3 – CH2 – CH – CH3 ………. (5)
Les catalyseurs d’hydro-isomérisation à double fonction qui fonctionnent à très basse température ont des
sites acides plus forts que ceux qui demandent plus hautes températures. Dans ce cas, la théorie suppose que
l’ion carbonium est formé par abstraction directe d’ion d’hydrure à partir des paraffines par le
fonctionnement acide du catalyseur.

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 + 𝑯+ 𝑨− CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3 +H2 + 𝑨− ….. (6)
Après le réarrangement, l’isopentane est formé et la chaîne est propagée par la génération d’un nouveau site
acide.
CH3 CH3
CH3 –C–CH2–CH3 +CH3–CH2–CH2–CH2–CH3 CH3–CH–CH2–CH3 + CH3–CH–CH2–CH2–CH3….. (7)
+
Une autre théorie principale d’initiation et de propagation est celle basée sur la théorie Friedel- Crafts.
L’isomérisation Friedel- Crafts est considérée de demander la présence des traces d’oléfines ou
d’halogénures d’alkyle comme initiateurs d’ion carbonium avec la réaction par la suite, procédant à travers la
propagation en chaîne. L’ion initiateur, qui doit être présent seulement en petites quantités peut être formé
par l’addition de HCl à une oléfine qui est présente comme une impureté dans la paraffine ou est formé par
hydrocraquage de paraffine.
L’initiateur forme en suite un ion carbanion avec la paraffine qui va être isomérisé.
R CH CH3 + CH3–CH2 –CH2–CH2–CH3 R CH2 CH3+ CH3– CH–CH2–CH2–CH3 …. (8)

+ +
Après le réarrangement de squelette, l’isopentane est formé et la chaîne est propagée par la génération d’un
nouvel ion carbonium normal.
IV.5.4 CONTAMINATION DU CATALYSEUR [1]
L’alimentation de l’unité d’isomérisation est séchée et hydrotraitée avant de entrer en contact avec le
catalyseur d’isomérisation ATIS- 2L. Ces opérations éliminent ou réduisent jusqu’à un niveau acceptable
les contaminants naturellement présents dans les charges d’alimentation.
RCH = CH2 + HCl R CH CH3 + 𝐂𝐥− ……… (*)

+
Cependant, il est possible que les désordres d’unité en amont ou le mauvais fonctionnement puissent
entraîner un percement de contaminant.
Ce qui suit traite leur impact sur le procédé. Table IV. 5et Table IV.6 montrent la limite maximum
admissible d’impuretés pour alimentation et appoint d’hydrogène.
La désactivation de catalyseur se fait par deux phénomènes essentiels qui sont :
 La formation d’un dépôt de coke au cours du traitement; ce dépôt est éliminé lors de la régénération.
 La présence de poisons dans la charge qui sont en partie retirés par un prétraitement.

IV.5.4.1 Formation de coke
Elle résulte d’un craquage poussé des hydrocarbures, favorisé par une haute température et une basse
pression, elle constitue l’une des réactions parasites les plus gênantes puisqu’elle entraîne une diminution de
l’activité des catalyseurs, l’effet du coke est de diminuer la surface active du catalyseur, ce qui entraîne une
baisse progressive de la conversion. Afin de pallier cet inconvénient, on commence par accroître lentement
la température, lorsque la température que peut supporter le catalyseur est atteinte, il est nécessaire d’arrêter
l’opération pour effectuer une régénération du catalyseur.
IV.5.4.2 Poisons des catalyseurs
Les catalyseurs au platine sont particulièrement sensibles à l’empoisonnement, qui peut être provoqué:
 De façons permanentes, par les métaux (arsenic, plomb, cuivre et mercure).

 De façon réversible, par le soufre, l’azote, l’eau et les halogénures.
Il est donc nécessaire d’effectuer une purification préalable de la charge.

IV.5.4.2.1Soufre
La présence de soufre dans l’alimentation ou l’appoint d’hydrogène diminuera immédiatement l’activité de

catalyseur. Le soufre réagit avec la platine pour former le sulfure de platine, et cela réduit le fonctionnement
métallique de catalyseur qui affecte le mécanisme de transfert d’hydrogène. Cette diminution dans l’activité
est temporaire et la récupération est normalement rapide une fois que le soufre a été enlevé. Ce pendant, une
augmentation dans la température de réacteur et un taux plus élevé d’appoint d’hydrogène aidera la purge
soufre à partir du catalyseur plus rapidement. Lorsque le soufre est présent dans l’alimentation, une
augmentation dans la température peut aider la compensation partielle pour l’activité réduite de catalyseur.
IV.5.4.2.2 Composants d’Azote
Cela concerne l’azote organique ou l’ammoniac, pas l’azote moléculaire N2. Les composants d’azote
réagissent pour former l’ammoniac qui à son tour réagit avec le chlorure dans le catalyseur ou le HCl pour
former du sel de chlorure d’ammonium. Cela entraîne une désactivation permanente du catalyseur par un
revêtement des sites actifs de catalyseur, une perte de chlorure et éventuellement une inactivité à cause d’une
mauvaise distribution des dépôts de sel.
IV.5.4.2.3 Eau / Oxygénés
La désactivation qui vient d’eau ou d’autre percement d’oxygénés est en permanence. Les composants
oxygénés réagissent chimiquement avec le chlorure actif sur le catalyseur, qui est chimiquement lié à la
structure d’alumine durant fabrication. L’eau, une fois qu’elle réagit avec le catalyseur, est chimiquement
liée comme hydroxyle à l’alumine et le chlorure est enlevé comme HCl. Approximativement un
kilogramme d’oxygène dans toute forme désactivera 100 kg de catalyseur. Si un percement se produit, la
désactivation de catalyseur se produira en forme de piston se déplaçant vers le bas du premier lit de
catalyseur. En plus de la perte de qualité de produit, un signe clair est le manque de ∆T de réacteur dans la

portion supérieure de lit et cette inactivité se déplaçant lentement vers le bas du lit. Une fois que le catalyseur
est désactivé, il doit être enlevé pour la récupération de platine et remplacé par le catalyseur frais.
IV.5.4.2.4 Les métaux
La contamination de l’unité de l’isomérisation par les métaux réduit l’activité de la fonction métal du
catalyseur ; Les métaux empoisonnent complètement le catalyseur, les effets observables sont une baisse
importante de température, baisse de l’activité globale du catalyseur et de la sélectivité.
Tableau IV.5:Niveaux d’impureté maximum admissibles à la sortie des séchoirs d’alimentation [1].
Total soufre 0.5 wt ppm max
Total composants d’azote 0.1wt ppm max(1)
Eau+oxygénés 0.1wt ppm max
Métaux 5 wt ppb max
Arsenic 1.0 wt ppb max
Plomb 1.0 wt ppb max
Cuivre 1.0 wt ppb max
Nickel 1.0 wt ppb max
Chlorure 1 wt ppm max
Oléfines 1 wt %max
Tableau IV.6: Niveaux de contaminants maximum admissibles dans l’appoint d’hydrogène [1].
Total soufre 1.0 wt ppm max
Total composants d’azote 1.0 wt ppm max
Eau 0.5 wt ppm max(1)
Co+Co2 10 wt ppm max(1)
oléfines 10 wt ppm max
chlorure 5 wt ppm max



La partie calcul VI. Calcul des performances de la section catalytique
INTRODUCTION
Mon étude est axée sur le calcul des performances de l’unité isomérisation de la raffinerie de Skikda.
Selon la méthodologie suivante, je détermine
▪ Le bilan matière ainsi que les rendements des produits (les débits massiques des produits et calcul de
leurs rendements).
▪ Les taux de conversion des hydrocarbures dans les deux réacteurs de la section d’isomérisation.
▪ Les paramètres de fonctionnement de l’unité (rapport H2/HC, VVH).
▪ Les températures différentielles le long du lit catalytique.
▪ Les pertes de charge le long du lit catalytique.
▪ L’évaluation de l’indice d’octane en fonction du temps.
Le calcul des différents paramètres de fonctionnement a été effectué à l’aide des paramètres de marche
actuels relevés sur une période de suivi allant du 01/07/2016 au 31/12/2016.
V.1 CALCUL DU BILAN MATIERE ET RENDEMENTS DES PRODUITS
V.1.1 DEBITS MASSIQUES DES CONSTITUANTS LIQUIDES
A partir des débits volumiques relevés, les débits massiques sont calculés en prenant les densités de produits
corrigés aux températures réelles :
Qm(tn/h) = Qv,corr x dcorr……………(Eq…1)
Qv,cor r= Qv x Fc ……… (Eq…1.a)
Fc = spgdesign / spgserv x 𝐝𝐜𝐨𝐫𝐫 𝐝𝐝𝐞𝐬𝐢𝐠𝐧 ........... (Eq…1.b)
dcorr= spgserv – ((spgdesign – ddesign)/(15–Tdesign)(15–Tserv)……. (Eq…1.c)
Qm : Débit massique réelle du liquide à la température du service en t/h.
Qv,corr : Débit volumique réelle du liquide à la température du service en m3/h.
Qv : Débit volumique réel du liquide aux conditions normales en m3/h.
Fc: facteur de correction.
dcorr= densité réelle du liquide à la température du service. ddesign= densité design du liquide à la température
du design. spgserv = specificgravity du liquide à la température du service.
Spgdesign= specificgravity du liquide à la température du design.

V.1.2 DEBITS MASSIQUES DES CONSTITUANTS GAZEUX
Qm = Qv,nor x Mg / 22400……………. (Eq…2).
Qm: Débit massique réelle du gaz à la température du service en t/h.
Qv,nor : Débit volumique réel du liquide aux conditions normales en Nm3/h.
Mg : la masse molaire du gaz
VI.1.3 RENDEMENTS DES PRODUITS
A la suite de calcul des débits massiques charge et soutirage, le rendement est déterminé comme suit :
η = (Qm,produit/ Qm,charge)*100….. (Eq…3).
V.1.4 RESULTATS DES CALCULS
Le tableau suivant représente le calcul à partir des débits massiques de la section réactionnelle les
rendements des produits pendant une période allant 01/072016 au 31/12/2016.
Tableau V.1 : Bilan matière de la section réactionnelle
Qte(t/mois) La Charge Les Produits

Naphta La Isomerat Naphta Fuel-Gas
A Coupe Pétrochimique
C6 Qte Rendement Qte Rendement Qte Rendement
Juil-16 22794 3655 25904 97,94% 0 0,00% 545 2,06%
Août-16 20431 1634 12468 56,51% 9337 42,32% 260 1,18%
Sept-16 8902 614 7596 79,82% 1832 19,25% 88 0,92%
Oct-16 24259 4268 24582 86,17% 3321 11,64% 623 2,18%
Nov-16 23473 2493 25415 97,88% 0 0,00% 551 2,12%
Déc-16 23449 2569 25482 97,94% 0 0,00% 536 2,06%
Figure I: Evaluation Des Rendement Des Produits
100,00%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
juillet août septembre octobre novembre décembre
isomerat naphta pet feul gas
Figure V.1 évolution du rendement des produits

figure II: rendement en isomerat unite 700/701

120,00%
100,00%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
actuel design
Figure V.2 : évolution du rendement d’isomérat
INTERPRETATION DES RESULTATS

Le rendement en isomérat d’après l’AXENS pour un indice d’octane NO=89 est de 98%, pour notre cas le
rendement pour un indice d’octane NO=87-88 est de 56-97%. Le principal raison de la baisse de rendement
est la grande quantité qu'on a perdue vers la naphta pétrochimique.
V.2 CALCUL DES TAUX DE CONVERSIONS
Pour effectuer le calcul, nous avons besoin des compositions (nC5, iC5, nC6, iC6, DMB) dans la charge et
dans l'isomérat. Les composés (iC5, iC5, DMB) influent directement à la qualité d'isomérat.
𝒊𝒔𝒐𝑪𝟓 𝒊𝒔𝒐𝒎𝒆𝒓𝒂𝒕 (𝒌𝒈 𝒉)×𝟏𝟎𝟎

𝒊𝒔𝒐 𝑪𝟓 % = 𝒊𝒔𝒐+𝒏𝒐𝒓𝒎𝒂𝒍 𝑪𝟓 (𝒌𝒈 𝒉)
……… (Eq…4).
Tableau V.2 : Calcul du taux de conversion en IC5
Date Dans la charge Dans l'isomerat

taux design taux design
Juillet 6,89% 10,00% 71,09% 75,00%
Août 5,37% 10,00% 71,98% 75,00%
Septembre 6,95% 10,00% 68,00% 75,00%
Octobre 11,69% 10,00% 68,19% 75,00%
Novembre 11,68% 10,00% 72,00% 75,00%
Décembre 8,54% 10,00% 76,81% 75,00%

Taux de convertion en iso C5

90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Dans la charge Dans la charge Dans l'isomerat Dans l'isomerat
Figure V.3 : taux de conversion en IC5

On remarque que chaque taux de conversion est très proche à celle réel et cela est un prouve du bon
fonctionnement de catalyseur. On note aussi que la composition d’iC5 dans la charge est légèrement
inférieure au design à cause de bonne séparation au niveau de déisopentaniseur.
V.3 CALCUL DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DE LA SECTION
CATALYTIQUE
V.3.1 RAPPORT HYDROGENE/HYDROCARBURE (H2/HC)
C’est le rapport entre le nombre de moles d’hydrogène recyclé et le nombre de moles d’hydrocarbures de la
charge, et donnée par la formule suivante:
H2/HC = (QV * %H2 * MCH) / (22,4 * dCH * VCH) ……… (Eq…5).
QV: Débit volumique de gaz de recyclage (m3/h).

VCH: Débit volumique de la charge (m3/h).
MCH: Masse moléculaire de la charge (g/mole).
dCH : Masse volumique de la charge (Kg/m3).
%H2 : Pourcentage volumique d l’H2 dans le gaz de recyclage.
Les résultats sont regroupés dans le tableau VI.3

Tableau V.3: Evolution du rapport hydrogène sur hydrocarbures en fonction du temps.
Date Qv gaz H2 Vm QvCh Densité MM Ch H2/HC

Juillet 1487 73,4% 22,414 68,7 666,7 76,21 0,08
Août 1470 75,8% 22,414 68,8 663,4 76,21 0,08
Septembre 1470 74,9% 22,414 69,1 668,1 76,21 0,08
Octobre 1701 76,1% 22,414 86 668,1 76,21 0,076 ≈0.08
Novembre 1469 73,2% 22,414 69 660,6 76,21 0,08
Décembre 1470 76,0% 22,414 69 663,8 76,21 0,08
Design 0,06
Rapport H2/HC
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
H2/HC actuel H2/HC Design
Figure V.4: Evolution du rapport H2/HC
La courbe VI-6 montre que les fluctuations du rapport hydrogène/hydrocarbure (H2/HC) restent dans
l’intervalle du design qui impose un rapport supérieur à 0.06, elles sont loin d’être préoccupantes.
V.3.VITESSE SPATIALE VVH

C’est le rapport entre le débit volumique de la charge et le volume du catalyseur, et donnée par la formule
suivante [3] :
VVH = MCH / MCat ……… (Eq…6).
MCH: Le débit massique de la charge en T/h.

MCat : La masse de catalyseur en T.
Les résultats sont regroupés dans le tableau VI.4.

Tableau V.4: Evolution de la vitesse spatiale en fonction du temps.
juil-16 août-16 sept-16 oct-16 nov-16 déc-16

Débit de la charge(T/h) 45,80 45,64 46,17 57,46 45,58 45,80
la masse de catalyseur 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00
VVH 1,04 1,04 1,05 1,31 1,04 1,04
Design 1,1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
La Vitesse Spacial
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
juil.-16 août-16 sept.-16 oct.-16 nov.-16 déc.-16
VVH Design
Figure V.5 : Evolution de la vitesse spatiale.
On constate que les valeurs de vitesses spatiales sont légèrement inférieures au design sauf une seule valeur
celle du mois d’octobre à cause de l’augmentation de taux de marche de 80% à 100% (augmentation de débit
de la charge).
V.3.3 CHUTE DE TEMPERATURE LE LONG DU LIT CATALYTIQUE
La chute de température est déterminée par la formule suivante:
ΔT totale= ΔT1 (premier réacteur)+ΔT2(deuxième réacteur) ……… (Eq…7).
ΔT1 = T1s - T1e
ΔT2 = T2s – T2e

Tableau V.5: Chute de température le long du lit catalytique
Date R1 R1
e
T1 T1s
ΔT1 T2e T2s ΔT2
Juillet 114 139,9 25 ,9 120 128,1 8,1
Août 114 140 26 120 128,4 8,4
Septembre 114 138 24 120 130,8 10,8
Octobre 114 139,7 25,7 120 129 9
Novembre 114 138,5 24,5 120 127,6 7,6
Décembre 114 139,6 25,6 120 129,5 9,5
Design 37 5
Differnce de temperature entre R1 & R2

40
35
30
25
20
15
10
5
0
∆T1 actuel ∆T1 design ∆T2 actuel ∆T2 design
Figure V.6 : chute de température le long de lit catalytique.
On remarque qu'il n'y a pas de grande chute de la température dans le premier réacteur, elle est inférieur par
rapport au design par contre dans le deuxième réacteur elle est supérieure au design par l'effet des réactions
car certaines des réactions commencent dans le premier réacteur et se termine dans le second réacteur.
La chute totale n'a pas dépassé le design et cela montre que le bon déroulement de la réaction
d’isomérisation à ces conditions.
V.3.4 PERTE DE CHARGE LE LONG DU LIT CATALYTIQUE

Est déterminée par la formule suivante :
ΔP totale= ΔP1 (premier réacteur) +ΔP2 (deuxième réacteur) ……… (Eq…8).
ΔP1 = P1s - P1e/ P1set P1e sont les pressions à la sortie et à l’entré du premier réacteur successivement.
ΔT2 = P2s – P2e/ P2s et P2e sont les pressions à la sortie et à l’entré du deuxième réacteur successivement.
Les résultats sont regroupés dans le tableau VI-6.

Tableau V.6: Perte de charge le long du lit catalytique.
Date R1 R1
P1e P1s ΔP1 P2e P2s ΔP2
Juillet 33,72 32,36 1 ,36 30,99 30,16 0,83
Août 33,7 32,33 1,37 30,96 30,16 0,8
Septembre 34,66 33,35 1,31 30,97 30,16 0,81
Octobre 35,21 33,18 2,03 31,4 30,17 1,23
Novembre 34,26 32,67 1,59 31,26 30,15 1,11
Décembre 33,96 32,39 1,57 31,12 30,16 0,96
Design 2 2
Perte de charge dans R1 & R2

2,5
1,5
0,5
0
∆P1 actuel ∆P design ∆P2 actuel
Figure V.7: Perte de charge le long du lit catalytique.

La perte de charge le long du lit catalytique ne dépasse pas le design.
V.4 INDICE D’OCTANE
Il est mesuré au laboratoire avec un moteur CFR (Coopératif Fuel Recherche) en utilisant deux carburants
primaires de référence : n-Heptane (NO = 0) « knock » facilement et iso-octane (ON=100) ne « knock »
pas facilement.
Tableau V.7: l’indice d’octane de l’isomérat légère mesuré durant la période 01/07/2016 au 31/12/2016.
Date RON RON garantie

Juillet 87.4 88.6
Août 86 88.6
Septembre 88 88.6
Octobre 86.4 88.6
Novembre 88.2 88.6
Décembre 87.6 88.6

Evolution de RON de l'isomerat leger

89
88,5
88
87,5
87
86,5
86
85,5
85
84,5
RON RON garantie
Figure V.8 : Evolution de l’indice d’octane de tête DIH en fonction du temps.
Tableau V.8: l’indice d’octane de l’isomérat légère mesuré durant la période 01/07/2016 au 31/12/2016.
Date RON RON garantie
Juillet 88,3 89
Août 87,1 89
Septembre 88,6 89
Octobre 87,8 89
Novembre 88.8 89
Décembre 88.5 89

Evolution de RON de l'isomerat total

89,5
89
88,5
88
87,5
87
86,5
86
RON RON garantie
Figure V.9 : Evolution de l’indice d’octane de l’isomérat total en fonction du temps.
Les valeurs d’indices d’octane enregistrées durant la période de notre étude sont des valeurs proches au
design. Nous pensons que le bon fonctionnement des divers unités et les taux de conversions importants dans
les deux réacteurs est à l’origine de ces résultats.


Conclusion générale et recommandation
CONCLUSION GENERALE
Depuis la création de l’unité d'isomérisation, la fabrication des essences à la raffinerie de Skikda s’effectuait
avec avoir recours à cette unité. L’amélioration d'indice d’octane est accomplie par l’incorporation du
MTBE en quantité relative avoisinante des valeurs limites. La prise en compte des contraintes
environnementales nationales.
L'unité reste toujours en danger de perdre sa performance par une mauvaise exploitation du procédé
(paramètres très mal exploités). Pour cela nous avons fait un suivi avec attention tous ces paramètres et nous
sommes intéressés à étudier les performances du catalyseur. Ces paramètres sont comme mentionnés
précédemment, le débit de la charge à traiter, le rapport H2/HC, les températures et les pressions des
réacteurs, les taux de conversion…etc.
Ce présent travail est consacré au calcul des performances de l’unité isomérisation catalytique de la
raffinerie de SKIKDA, et qui a mené aux conclusions suivantes :
- On a les valeurs actuelles suivants: pour un indice d’octane NO=87-88 et le rendement de 87-92%, pour un
indice d’octane NO=89 est de 98%, la grand différence entre les rendements dû au naphta pétrochimie
-Les paramètres de fonctionnement de l’unité (rapport H2/HC, VVH, les taux de conversion) sont du même
ordre que le design.
-Les bonnes valeurs du nombre d'octane obtenues sont dues à la grande activité de la fonction acide qui
transforme les paraffines normales en ses homologues très branchées ayant d'excellents indices d'octane, par
les réactions d'isomérisations.
- La fonction métal du catalyseur est en bon état car l'hydrogénation totale du benzène.
- il n'y a pas de craquage à cause de baisse température d'entrée de réacteur R2.
Le catalyseur ATIS-2L se désactive avec une vitesse très faible donc une longue durée de vie, est cette
avantage est expliqué par:
- une baisse température à la sortie de réacteur R2 à cause de teneur basse en benzène.
- la teneur en eau très faible dans la charge et dans l'hydrogène entrant aux réacteurs.
-la température actuelle d'entré du réacteur R1 est acceptable et cela pour deux raisons, tout d'abord basse
température et d'autre part nous a donné le produit avec les spécifications désiré.

Conclusion générale et recommandation
RECOMODATION
On n'a pas besoin d''augmenter la température.
Il y a un problème d'hydrogène car elle dépend complètement de l'unité de reforming. Tout arrêt qui se passe
dans l'unité de reforming il s'agit autre arrêt dans l'unité d'isomérisation. Il est donc conseillé de création une
nouvelle unité de production d’hydrogène (Reformage à la vapeur du gaz naturel).
Il y a un autre problème qui concerne l'interruption de l'électricité parce la raffinerie liée à l'entreprise
SONALGAZ. Pour éviter ce problème il est conseillé d'apporter la turbine pour produire de l'électricité sans
interruption et sans avoir recours à une source externe.

Bibliographiques
BIBLIOGRAPHIQUES
[1]: Documentation Interne RA1K, manuel operating.2014.
[2]: Jean-Pierre Wauquier, Le raffinage du pétrole, tome1 : pétrole brut, produit pétrolier et schémas de
fabrication, Edition Technip 1994.
[3]: Jean-Claude Guibet, Carburants liquides ; Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique référence
: BE 8 545.
[4]: Pierre Wuithier, Le pétrole : Raffinage et Génie chimique Tome 1; Edition TECHNIP 1972.
[5]: Christian Marcilly, Catalyse Acido-basique : Application au raffinage et à la pétrochimie Tome 1,

Edition TECHNIP 2003.
[6]: Halim, Hamid and Muhammad Ashraf Ali; Handbook of MTBE and Other Gasoline Oxygenates,
Edition Marcel Dekker 2004.
[7]: J.C Guebet, Carburant et moteurs Technologie, énergie et environnement, tome 1 et 2, Edition Technip
1997.
[8] : Technique de l’ingénieur. J5915 (1972).
[9] : J.M. COULSON, J.F. RICHARDSON Chemical Engineering Volume 11. Edition London 1976.
[10] : C.E. CHITOUR : Chimie des Surfaces ; Introduction à la Catalyse. Edition O.P.U.ALGER 1981.
[11] : B. FERMAUX : Eléments de Cinétique et de Catalyse. Edition Lavoisier. Paris 1989.
[12] : J. VILLERMAUX : Génie de la réaction Chimique; Conception et fonctionnement des réacteurs.
Edition Lavoisier. Paris 1982.
[13] : J. f. LEPAGE : Catalyse de Contact. Edition TECHNIP. Paris 1971
[14] : The Mecanism of Catalytic Cracking advances in chemistry series.
[15] : CHRISTINE TRAVERS : Isomérisation des paraffines légères. Le Raffinage du Pétrole. Edition
TECHNIP. Paris 1994.
[16] : NENITZESCU D.S et DRAGAN A : Chem. Ber 1932.
[17] : CIAPETTA F.G, HUNTER J.B: Ind. Eng. Chem 1953.
[18] : G.LEFEVRE Grandes réactions de transformation chimique des hydrocarbures. Edition TECHNIP.
Paris 1978.
Etude des performances de l’unité d’isomérisation

Lahmaza Ibtissam PDF

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Lahmaza Ibtissam PDF

Transféré par

Informations du document

Titre original

Copyright

Formats disponibles

Partager ce document

Partager ou intégrer le document

Options de partage

Avez-vous trouvé ce document utile ?

Ce contenu est-il inapproprié ?

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Lahmaza Ibtissam PDF

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬

Faculté des Sciences de l’Ingéniorat Année 2017

Spécialité : Génie des Procédés

Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master

ETUDE VEREFICATIVE DES PERFORMANCES DE

DIRECTEUR DE MEMOIRE : EL.GUECHI, M.C.A, Université Badji Mokhtar- Annaba

A travers quelques mots exprimant ma grande gratitude et ma

A ma précieuse mère, qui m’a encouragé à avancer et qui m’a donné

A la mémoire de mon père qui nous a quittés il y a 1 an.

A mes frères chacune par son prénom.

A tous les membres de ma famille.

A tous mes amis et collègues sans exception.

A tous ceux qui m’ont aidé de près ou loin.

Je tiens à notifier un remerciement spécial à mon encadreur pédagogique

JE tiens aussi à exprimer nos profonds remerciements à nos enseignants de

Mes derniers remerciements à tous les responsables et le personnel du

Mot clés : isomérisation, paraffines, iso paraffines

Key words: isomerization, paraffin, iso paraffins

Chapitre V. Calcul des performances de l’unité d’isomérisation

VI.1 Calcul du bilan matière et rendements des produits………………………….. 60

Figure V.3: taux de conversion en IC5………………………………………………………….. 63

Figure V.5: Evolution de la vitesse spatiale………………………………………………………. 65

Figure V.6: Chute de température le long du lit catalytique…………………………..………….. 66

Figure V.7: Perte de charge le long du lit catalytique……………………………….……………. 67

Figure V.8: Evolution de l’indice d’octane de tête DIH en fonction du temps……….………... 68

Figure V.9 Evolution de l’indice d’octane de l’isomérat total en fonction du temps…………... 69

Tableau I.2:Plan de réhabilitation des unités de la RA1K……………………………………………… 13

Tableau I.3 : Plan et programme de réhabilitation des utilités..................................................................14

Tableau I.4:Plan et le programme d’adaptation relatifs au processus…………………………………. 15

Tableau I.5:Plan et le programme d’adaptation relatifs aux utilités………………………………….. 15

Tableau I.6:Bilan de production de la RA1K avant et après la réhabilitation………………………... 16

Tableau II.1:Effet de l’éthylation sur le RON des bases……………………………………………... 22

Tableau II.2:Caractéristiques des additifs……………………………………………………………... 23

Tableau II.3:Caractéristiques de quelques bases de formulation de la raffinerie de Skikda………….. 24

Tableau II.4:Spécifications des carburants automobiles (essences)……………………...…………… 25

Tableau II.5: Spécifications des essences plombées sur le marché intérieur………………………… 26

Tableau II.7:Spécifications des essences Européennes (EURO2005)………………………………. 28

Tableau II.8: L’évolution de la norme internationale par rapport à l’algérienne……………………… 29

Tableau III.2:fiche technique du MTBE importé………………………………………………..………47

Tableau IV.1 : Catalyseurs de première génération………………………………………………..….. 53

Tableau IV.2 : Catalyseurs de deuxième génération………………………………………………...… 53

Tableau IV.3 : Catalyseur de troisième génération……………………………………………………. 54

Tableau IV.4 : Catalyseur de quatrième génération…………………………………………………... 54

Tableau IV.6:Niveaux de contaminants maximum admissibles dans l’appoint d’hydrogène…….… 59

Tableau V.1 : Bilan matière de la section réactionnelle………………………………………...….. 61

Tableau V.2 : Calcul du taux de conversion en IC5……………………………………………… 62

Tableau V.3: Evolution du rapport hydrogène sur hydrocarbures en fonction du temps..................... 64

Tableau V.4: Evolution de la vitesse spatiale en fonction du temps…………………………….…… 65

Tableau V.6: Perte de charge le long du lit catalytique……………….…………….………………… 67

Le développement de la civilisation et de l’industrialisation se sont indéniablement accompagnées d’une

Etude des performances de l’unité d’isomérisation 3

La Société Nationale pour la Recherche, la Production, le Transport, transformation et la

Etude des performances de l’unité d’isomérisation 4

Etude des performances de l’unité d’isomérisation 5

I.1 RAFFINERIE DE SKIKDA (RA1/K)

I.1.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Etude des performances de l’unité d’isomérisation 5

I.1.2 HISTORIQUE DE CONSTRUCTION

Unité Capacité T/an Date