le raffinage pétrolier

8/14/2019 Le raffinage ptrolier

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Le raffinage ptrolier


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Gnralits


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Le ptroleUne aventure industrielle qui a commenc avec cet homme

le colonel DRAKE, qui en 1859 fore le premier puits de ptrole, Titusville


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Le ptrole dsigne un liquide composprincipalement de molcules d'hydrocarbures

(formes uniquement de carbone et d'hydrogne).Ce ptrole contient galement, en proportions assezvariables (15 % en moyenne), des molcules lourdesplus complexes (incluant de l'oxygne, de l'azote etdu soufre) appeles rsines ou asphaltnes.

Ce ptrole s'est form partir d'organismes vivants(algues, plancton, parfois vgtaux continentaux...)qui ont vcu il y a fort longtemps.

Cest quoi le ptrole?


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Chaque rservoir de ptrole de part le mondefournit une huile qui a ses caractristiques

propres : comme il n'y a pas deux tres humainsexactement semblables, il n'y a pas deuxchamps de ptrole qui fournissent exactement le

mme liquide.

Lorigine du ptrole aura donc son importance

pour :La production des produits finis (adaptationdes marchs)

Les procds dexploitationLanal se des ris ues

Cest quoi le ptrole?


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Les produits: une srie de compromis

CLIENTS

QUANTITES

QUALITES

SPECIFICATIONS

BRUTS

QUANTITES

QUALITES#

#

ADAPTATION PAR CHOIX DES BRUTS

ADAPTATION PAR PROCEDES DE RAFFINAGE

MARCHE


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Comment le rechercher sous terre?


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Bruts BTSRendementsdistillation

%gaz

%essence

%krosne

%gasoil

%distillat

%rsidu

MasseVolumiq

ue

ARZEW 3.1 20.8 18.2 34.0 13.7 10.2 0.809

NIGERIANMEDIUM

0.5 5.4 9.5 46.2 20.5 17.6 0.895

NIGERIAN LIGHT 2.0 16.7 15.5 35.1 20.2 102 0.835

Alors, un ptrole, des ptroles???


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Bruts HTSRendementsdistillation

%gaz

%essence

%krosne

%gasoil

%distillat

%rsidu

MasseVolumiq

ue

OURAL 1.3 13.8 11.6 29.6 15.2 28.5 0.860

ARABIAN LIGHT 1.2 14.2 13.2 31.3 14.5 25.5 0.853

MURBAN 1.2 16.6 17.0 30.8 18.5 15.9 0.828

Alors, un ptrole, des ptroles???


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1990 2000 2005

AFRIQUE 313 057 371 798 467 800

AMERIQUE 864 670 985 172 969 428

ASIE/OCEANI

E

1 166 775 1 495 285 1 595 862

EUROPE 786 114 713 286 817 190

TOAL MONDE 3 130 616 3 581 082 3 850 280

Production ptrolire dans le monde

Depuis 2005, la courbe de croissance a tendance saplanir.


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APPROVISIONNEMENT BERRE

GABONCAMEROUN

RUSSIE

NORVEGE

ROYAUME UNI

ARABIEEMIRATS

IRANLYBIEALGERIE

EGYPTE

NIGERIA

Et voil ce que reoit une raffinerie rgionale!


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1 baril = 159 litres


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AIR FRANCE

LPG

ESSENCES

KEROSENE

GASOIL

FUEL DOMESTIQUE

FUELS INDUSTRIELS

BITUMES

Brut

Raffinerie

Et toute la ptrochimie, bien entendu

Du ptrole, pour quoi faire?


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Une industrie de moins en moins gnratrice

demploi.

Ngoce ( distribution decarburants)

120000 57000

1975 2001

Exploration Production 17000 8500

Raffinage/Distribution/ Centresde Recherche

52700 18000

Transport/Stockage 14000 1000

Ngoce (hors distribution decarburants)

28700 23500

TOTAL 232400 108000


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Les diffrents procds

de raffinage


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La distillation de brut


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Distillation 17

Schma gnral dune distillation

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine

EpurationAmine/Soude

Merox

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Distillation atmospherique

Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox


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Brut

Train d'echange Train d'echange Train d'echangeDessalage

sels

Ballon de pre flash Four

Convection

Radiation

Naphta etplus leger

Kerosene

Gasoilleger

Residu

vapeur

SCHEMA SIMPLIFIE DE DISTILLATION ATMOSPHERIQUE

140 / 7b 180 / 4b

240

140 / 1.2b

Recuperation de chaleur sur reflux et coulages

Schma simplifi de la distillation

atmosphrique


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brut

combustible

CHEMINEE

ZONE DE RADIATION

ZONE DE CONVECTION

air

PRECHAUFFEUR

prchauffeur vapeur

vers colonne

Schma de principe dun four


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Systeme devide

Systeme devide

Gaz vers fours

Gas oil intermediaire

Gasoil lourd

Four "sous vide"Four "sous vide"

vapeur

200 mmHg

12 mmHg

DistillatLeger

DistillatLourdDistillat

ResiduCourt

Rsidu long

Distillation demi vide Distillation sous vide

Rsidu deDistillation

Atmosphrique

SCHEMA SIMPLIFIE DE DISTILLATION SOUS VIDE

325

410

Schma simplifi de la distillation sous vide


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Essence Totale

Essence Lgre

Naphta

Essence lgredisopentanise

iC5C3

C4

Fuel Gas

Amine charge

en H2S

Amine

SortieHydro-traitement

Dbutaniseur Dthaniseur Dpropaniseur

Splitter Essence

Disopentaniseur

Epuration Amine

11b

205

40

40

1.5b

90 plateaux

40 plateaux

140

100

24b

17 plateaux 35 plateaux

17b

103

30 plateaux

Sparation gaz essence: Gas Plant


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La dsulfuration


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Dabord les besoins des clients qui mnent

des adaptations de spcification (parexemple moins de rejet de SO2 par lesvhicules ou le chauffage)

Ensuite, certaines units en aval peuvent nepas supporter certains composants (mtaux,azote)

Il suffit de remplacer ces composants parde lhydrogne dans les molcules qui les

contiennent

Pourquoi liminer certains

composants?


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Craquagecatalytique

Craquage

thermique*

* Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquagecatalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Ladsulfuration


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Des ractions qui ncessitent un

catalyseur

Ces ractions ne se produisent pas

spontanment! Il faut en favoriser la cintique enutilisant un catalyseur.

Le catalyseur permet en effet :Soit doprer une vitesse plus leveSoit doprer dans des conditions plus

douces

Il participe la raction mais se retrouve,

thoriquement, dans ltat initial aprs cettedernire.


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Un catalyseur solide, cest un support et des sitesactifs finement rpartis

Le support solide est gnralement une aluminequi devra tre assez rsistante pour supporter unempilage

Les sites actifs sont du Molybdne, du Cobalt, duNickel, ventuellement du Platine, du Tungstne oudu Palladium. La tendance actuelle est de multiplier

les sites actifs. Le catalyseur se prsente comme une sorte

dponge, avec beaucoup de canaux internes dans

lesquels vont pntrer les lments qui doiventragir sur les sites actifs

Caractrisation dun catalyseur de

dsulfuration


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RECUPERATIONDE CHALEUR

FOUR +REACTEUR

SEPARATION

FRACTIONNEMENT

COMPRESSION

CHARGE

PRODUITS

GAZ RICHE EN IMPURETES

Schma de principe dune unit industrielle

C


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Charge

Effluents

Deflecteur

Plateau collecteurde particules metalliques

Plateau distributeurBilles

Catalyseur

Billes 1/4"

Tubulure de Quench

Plateau distributeur

Billes

Catalyseur

Billes 1/4"

Billes 1/2"

Crepine

SCHEMA CONCEPTUELD'UN REACTEUR D'HYDRODESULFURATION

Conditions opratoires: Pour un gazole, autour de 50 b(environ 30b de pression partielle

H2), de 330 380, et des dbitsvariant de 1.5 3 t par m3 decatalyseur et par heure. Pour le naphta sont plus douces :28b et 290environ.

Racteur

Industriel pour letraitement des

gazoles


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Mise en conditions: pr-sulfuration

Vie: monte progressive entemprature et dsactivationprogressive du catalyseur par lecoke

Fin de cycle: temprature tropleve (ou dbit de charge trop bas)

Rgnration hors site si

Possibilit de rcuprer lactivit Proprits physiques du supportacceptables

Poissons du catalyseur

Destruction du catalyseur Rcu ration des mtaux et de

Injection de soufre (DMDSdisulfure de dimthyl )

Augmentation destempratures et pressionsProduction dH2S

Travaux sous azoteInflammation despoussires

Poussires charges enmtaux lourds

Protection delenvironnement

Dmarrage et vie dun catalyseur


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Reformage catalytique


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Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

La base du supercarburant


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Principe de lunit

RECUPERATION

DE CHALEUR

FOUR +

REACTEURSEPARATION

FRACTIONNEMENT

COMPRESSION

GAZ RICHE EN H2

CHARGE

PRODUITS

GAZ RICHE EN IMPURETES


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33

Les conditions opratoires

Temprature: 490-530Pression: 25 30b

Dbit de charge: 2500t/j pour 60t de catalyseurRecyclage dH2 important: 2000 2500t/j pourprotger le catalyseur contre le coke (au dtriment de la

raction)

Cycle dexploitation: rgnration in situ

Fin de vie du catalyseur rcupration des mtauxprcieux! Support inerte


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34

Les produits De lhydrogne base de dsulfuration

Des gaz lgers, rsultats de lhydrocraquage,C1 C4 La coupe essence, ou rformat

Indice doctane obtenu de plus de 100 Le produit contient une forte concentration en

aromatiques et en benzne

Limitation de spcification de teneur en benzne(protection de la sant) dans les carburants.


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Craquage Catalytique


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Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox


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37

Principe du Craquage Catalytique

REACTEURREGENERATEUR

Produits

CRAQUAGE

ChargeAir

Fumes

BRULAGE

Catalyseur us

Catalyseur rgnr


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CHARGE

PRODUITS

AIR

FUMEES

VANNES DE REGLAGE

RISER

REACTEUR

REGENERATEUR

vapeur

Stripper

ExempledUnitindustrielle


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Aspect: poudre blanche trs fine ( fluidisation)

Granulomtrie Moyenne 75-80

Cot: de lordre de 2/kg

Consommation: environ 1 2 t/j pour 3000 t/j decharge (perte dans les produits, fines par attrition,soutirage)

Mise en dcharge: valoris par incorporationdans les ciments

Le catalyseur: Caractristiques


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Gnral: fort dficit en hydrogne par rapport la charge

les gaz:rendement de 21% dont 16% de C3/C4Olfines et H2S

les essences: rendement de 45% octane lev, soufre important (2000ppm) repasser lhydrotraitement

les gasoils:rendement de 26% Ctane faible, Soufre lev base defuel domestique, peu dans le gasoil moteur

le rsidu: rendement de 1% liquide haute densit et basse viscosit,Soufre lev

le coke: rendement de 7 8% source nergtique de l'unit + exportdnergie

Produits et rendements

L di i O i


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Raction: faible pression (1 2 b) et haute temprature (500 530)

Rgnration : 670 700. Basse pression. Brlage partiel

Une quantit de coke brler importante: nergie disponible

Par exemple 180 t/j de coke brles 180*5500= 990 000 tcal/j

Raction et fractionnement

Chaleur transporte par le catalyseur vers laraction/fractionnement

Dbit de catalyseur 12.9 t/mn de catalyseur encirculation!

Rcupration sur les fumes

Fumes chaudes, sous l re ression et combustion

Les conditions Opratoires


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CRAQUAGE THERMIQUE

CRAQUAGE THERMIQUE


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Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

CRAQUAGE THERMIQUE


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CHARGE9 11 % H2

30 50 atomes de C

GAZ20 % 2

1 4 atomes de C

ESSENCE

15 % H2

5 10 atomes de C

GASOIL12 % H2

10 20 atomes de C

RESIDU

6 8 % H2

20 50 atomes de C

COKE 4% H2 environ

9 11 % H2

CHALEUR

Conversion = ( Gaz + Essence ) / Charge

Ce que lon veut obtenir

Lopration


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Une charge lourde qui vadonner du coke

Le coke limite la capacitde lunit progressivement

Le coke en se dposant

dans les tubes de four credes problmes detemprature de mtal

Ncessit de nettoyer enprofondeur lunit chaquefin de cycle

Lopration

Produits lourds,insaturs

Risques

important defuites, brlures,intoxication

Travaux sales etpnibles


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Traitement du krosne par procd

MEROX

MEROX


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Rvision 2002/2003 Merox Krosne 47

MEROX

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

Kerosene

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquage

catalytique

Craquage

thermique*

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas Oil

Fuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

MEROX


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Rvision 2002/2003 Merox Krosne 48

MEROX

Ractions:On ne dtruit pas le soufre (mercaptans), on le rend nonagressif (pour les racteurs) sous forme de di-sulfure

2 RSH RS SR

Produits:Toujours autant de soufre!

Conditions opratoires:Pressions de lordre de 3bTemprature ambianteCatalyseur: phtalocyanine de cobalt imprgne sursupport charbon actif avec prsence dair et de soudedilue.


49/65

Qualit des produits et

protection delenvironnement


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Traitement des gaz

Traitement des gaz riches en H2S


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Craquagecatalytique

Craquagethermique *

*Desulfuration

Reformage

Desulfuration

Soufre

Gaz

Gaz de petrole

Carburants

KeroseneGas OilFuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut

Kerosene

Gas Oil

Distillat

ClausEpurationAmine


Merox

Craquagecatalytique

Craquagethermique *

*

Reformage

Gas Plant

Soufre

Gaz

Carburants

Gas OilFuel domestique

Fuel

Bitumes

Brut


Dist. sous vide

Gas Oil

Distillat

ClausEpuration

Amine


Merox

Traitement des gaz riches en H2S

Gaz riche en H2SLavage des gaz


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Absorption /Dsorption

RegenerateurAbsorbeur Gaz a traiter

Gaz epure

Gaz riche en H2S

filtre

solvant regenere

solvant use

Lavage des gaz

Traitement de lH2S


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gaz acideair

airfuel gas

condenseur

airfuel gas

condenseur

vapeur basse pression

brleur en ligne

brleur en ligne

reacteur

reacteur

soufre

ETAGE THERMIQUE ETAGES CATALYTIQUES INCINERATION

coalesceur

airfuel gas

UNITE DE RECUPERATION DE SOUFRE


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Traitement des eaux

TRAITEMENT DES EFFLUENTS AQUEUX


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Types d'eaux pollues

Eaux "procd": proviennent du brut(transport), du dessalage du stripping, des

systmes de vide (jecteurs)...Eaux produites par raction d'hydrognationdes composs oxygns

Eaux de raffinage chimique (lavagessoude, amines)

Eaux de pluie

TRAITEMENT DES EFFLUENTS


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Nature des polluants

Consommateurs d'oxygne mesur par laDBO5, DCO, DTO.

Film limitant le passage de la lumire(Hydrocarbures, matiresen suspension)

Agents corrosifs et caustiquesTemprature (empche la fixation d'O2)

TRAITEMENT DES EFFLUENTS

AQUEUX


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La Demande Chimique en Oxygne (DCO) est la consommation enoxygne par les oxydants chimiques forts pour oxyder les substancesorganiques et minrales de l'eau. Elle permet d'valuer la chargepolluante des eaux uses.

La DBO5 ou Demande Biologique en Oxygne sur 5 jours reprsente laquantit d'oxygne ncessaire aux micro-organismes pour oxyder(dgrader) l'ensemble de la matire organique d'un chantillon d'eaumaintenu 20C, l'obscurit, pendant 5 jours.

La Demande Totale en Oxygne (DTO) est la quantit d'oxygnencessaire la combustion totale en atmosphre oxydante d'un litred'chantillon soumis analyse.


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Ecrmage (traitement initial) Floculateur (rcupration HC et MES)

Flottateur (rcupration HC et MES) Traitement biologique (limination HCet phnols)



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59

Ces traitements permettent d'obtenir:

DBO5 < 30 ppm

DCO < 90 ppm

HC < 20 ppmPhnols < 0.2 ppm (reste France 1 ppm)

Sulfures < 0.2 ppm

NH4+ < 15 ppm

Matires en suspension < 30 ppm


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Traitement de lair

Environnement Air


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ORIGINE IMPACT ENVI REDUCTION

SO2 Combustibles Nuisances(effet de serre)(pluies acides)

Combustibles moinssoufrsEconomie dnergie

NOx Azote de lair +Combustibles NuisancesFormation dozoneau sol

adaptation brleursEconomie dnergie

COV HC volatils

GazProduits Chimiques

Formation Ozone

Odeurs

Etanchit

Collecte

Environnement Air

Impact des polluants atmosphriques


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p p p q

sur la santNiveau Impact

SO2 1h 14000g/Nm33000/6000 g/Nm3


63/65

63

En

milliers

de t/an

1990 1994 1998 1999 2001

SO2 1342 1054 862 735 595

NOx 1905 1749 1588 1518 1378

COV 2806 2483 2186 2136 2016

CO2 386 374 409 396 386

Effet de Serre

Acidification et photochimie

Objectifs 2010


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SO2375 kT soit rduction de 43% /2000 NOx 810 kT soit rduction de 43% /2000

COV 1050 kT soit rduction de 37%/2000

Objectifs 2010

Donnes Rgionales


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65

SO2 NOx COV

Industrie, Chauffage Urbain 83% 39% 19%

Utilisation de solvants 11%

Petites installations de Chauffage 14% 9% 2%

Transport 3% 52% 46%

mission de mthane et Nature 22%Total t/an 180000 76000 93000

En 1993

SO2 NOx COV

Total t/an 79615 31799 22281

En 2001

le raffinage pétrolier

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