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Fil d'Info Science

Vers un meilleur raffinage des bruts lourds

Mai 2014

La demande croissante en carburants et la raréfaction de l’offre en pétroles bruts légers nécessitent de maîtriser les procédés d’hydroconversion des charges lourdes. Ces dernières se caractérisent par des concentrations élevées en espèces aromatiques fonctionnalisées et à haut point d’ébullition : les asphaltènes.

En solution dans les liquides, ceux-ci s’agrègent selon des mécanismes mal compris. Cette agrégation dans les charges pétrolières lourdes, qui intervient dans les conditions réactionnelles des procédés, reste peu décrite du fait de la complexité des produits et des paramètres opératoires. Or, ce phénomène semble limiter la diffusion de ces espèces dans le réseau nano-poreux des catalyseurs, et par conséquent leur conversion.

Récemment, un effort particulier a été fait, dans le cadre de la thèse de J. Eyssautier [1], qui a démontré l’existence d’une organisation hiérarchisée où les molécules d’asphaltène s’associent pour former des nano-agrégats, lesquels s’agrègent ensuite à plus grande échelle sous forme de clusters. L’utilisation conjointe de différentes sondes – rayons-X et neutrons - de diffusion de rayonnement a permis de préciser les tailles et forme des nano-agrégats [2]. L’observation par ces techniques de résidus à des températures proches de celles mises en œuvre dans les procédés d’hydrotraitement a montré que les espèces qui prévalent dans ces conditions sont les nano-agrégats [3,4]. D’autre part, La mise au point d’un équipement original de diffusion dynamique de lumière DLS a permis de mieux cerner les propriétés dynamiques des clusters [5] .

Ces avancées méthodologiques ont été reprises en collaboration avec les principaux acteurs mondiaux de la caractérisation des produits lourds [6,7], dans le cadre d’une étude mettant en œuvre une approche multi-techniques sans précédent. La  confrontation des résultats obtenus montre une convergence entre les techniques et les laboratoires et conforte les résultats antérieurs d’IFPEN, à savoir l’existence d’une organisation hiérarchisée des asphaltènes.

L’ensemble de ces travaux récents lève des verrous inhérents à la description multi-échelle de ces fluides complexes et ouvre la voie à l’amélioration des procédés de conversion par les études de limitation diffusionnelle et par le design de catalyseurs nano-poreux.

Références :

[1] Caractérisation et Modélisation des Asphaltènes en Conditions Réactionnelles d’Hydrotraitement , J. Eyssautier, Thèse de doctorat de l’Ecole Polytechnique, 2012

[2] Insight into Asphaltene Nano-Aggregate Structure Inferred by Small Angle Neutron and X-Ray Scattering, J. Eyssautier a,b, P. Levitz b, D. Espinat a, J. Jestin c, J. Gummel d, I. Grillo e, L. Barré a*, J. Phys. Chem. B. , 115, 6827–6837, 2011
>> DOI: 10.1021/jp111468d

[3] Meso-scale organization in physically separated vacuum residue: comparison to asphaltenes in simple solvent, J. Eyssautier a,b, D. Espinat a, J. Gummel c, P. Levitz b, M. Becerra d, J. Shaw d, L. Barré a*, Energy & Fuels , 26, 2680−2687, 2012
>> DOI: 10.1021/ef201411r

[4] Organization of asphaltenes in vacuum residue: a SAXS – viscosity approach at high temperature, J. Eyssautier a,b, I. Hénaut a, P. Levitz b, D. Espinat a, L. Barré a*, Energy & Fuels, 26, 2696–2704, 2012
>> DOI: 10.1021/ef201412j

[5] Structure and Dynamics of Colloidal Asphaltene Aggregates, J. Eyssautier a,b, D. Frot a, L. Barré a*, Langmuir, 28, 11997−12004, 2012
>> DOI: 10.1021/la301707h

[6] Advances in Asphaltene Science and the Yen-Mullins Model, O. C. Mullins,1 H. Sabbah,2,3 J. Eyssautier,4 A. E. Pomerantz,1 L. Barré,4 A. B. Andrews,1 Y. Ruiz-Morales,5 F. Mostowfi,6 R. McFarlane,7 L. Goual,8 R. Lepkowicz,9 T. Cooper,10 J. Orbulescu,11 R. M. Leblanc,11 J. Edwards,12 R. N. Zare3,Energy & Fuels, 26 (7), pp 3986–4003 ,2012
>> DOI: 10.1021/ef300185p

[7] On the Size Distribution of Self-Associated Asphaltenes, H. W. Yarranton,*,† D. P. Ortiz,† D. M. Barrera,† E. N. Baydak,† L. Barré,‡ D. Frot,‡ J. Eyssautier,‡ H. Zeng,§ Z. Xu,§ G. Dechaine,§ M. Becerra,§ J. M. Shaw,§ A. M. McKenna, M. M. Mapolelo, C. Bohne,⊥ Z. Yang,⊥ and J.Oake , Energy & Fuels , 2013, 27, 5083−5106
>> DOI: 10.1021/ef400729w

 
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