Hydrotraitement

La fraction naphta, sortie en tête de colonne contient un mélange de tous les gaz et du naphta total (point final (PF) d'ébullition 180 °C ou 150 °C si les besoins en kérosène sont élevés). Avant de faire la séparation en différentes petites fractions, ce naphta passe dans une unité d'hydrotraitement afin d'enlever tout le soufre qu'il contient.

Cette unité consistue une boucle véhiculant de l'hydrogène, pressurisé par un compresseur, au travers d'un réacteur contenant un catalyseur. Ce dernier facilite la transformation des composés soufrés en sulfure d'hydrogène, H₂S, plus facile à évacuer. La réaction est consommatrice d'hydrogène, un appoint est donc fait en permanence, généralement depuis une unité de reformage catalytique, productrice d'hydrogène.

L'essence et l'H₂S formé sont séparés dans un ballon sponateur, duquel un gaz riche en hydrogène est soutiré et renvoyé dans la boucle, et une essence riche en H₂S. L'essence est ensuite dirigée vers une colonne dite « débutaniseur » (qui sépare les GPL (gaz de pétrole liquéfié) des essences). L'H₂S étant de masse molaire proche de l'éthane (34 g.mol⁻¹ contre 30 g.mol⁻¹ pour l'éthane), celui-ci est évacué en tête de colonne de débutaniseur avec les GPL. L'essence, évacuée en fond de tour de debutaniseur, est généralement envoyée dans une deuxième colonne dite splitteur d'essence, avant sépareration de l'essence en deux coupe : essence légère et essence lourde.

Les GPL sont traités par des amines ; d'abord dirigés dans une colonne de lavage à l'amine (diéthanolamine, HN(CH₂CH₂OH)₂, DEA). Un lavage à contre-courant en phase liquide-liquide est effectué ; les amines absorbent l'H₂S et l'amine chargée d'H₂S est retrouvée en fond de colonne et les GPL lavés en tête.

L'amine sera « régénérée » en étant chauffée par un rebouilleur à la vapeur dans une colonne appelée « régénérateur » (où l'amine propre ou pauvre est récupérée en fond alors que l'H₂S est évacué en tête vers les unités soufre, pour être transformé en soufre liquide à l'aide du procédé de Claus.

Les GPL lavés seront ensuite lavés à l'eau dans un ballon pour récupération d éventuels entrainements de DEA.
Le fractionnement des GPL s'effectue ensuite dans une colonne appelé généralement « dééthaniseur ». L'éthane, gaz à forte tension de vapeur, peu valorisable commercialement et donc généralement utilisé comme combustible pour les fours de la raffinerie y est évacué en tête. En fond de colonne on récupère le propane et le butane, dirigés vers un dépropaniseur pour y évacuer en tête le propane et en fond le butane.

Un bon désoufrage est important, sinon le carburant GPL serait corrosif. Des tests sont donc faits en sortie des gaz du dépropaniseur.

Dans le butane, des traces d'H₂S libre peuvent résulter d'un mauvais lavage à l'amine. Elles sont recherchées en mettant du butane dans un tube à essai refroidi à 0 °C puis 2 ml de plombite de sodium sont ajoutés. Si un précipité noir indique une présence d'H₂S il faut renforcer le lavage à l'amine.
Si la solution butane + plombite de sodium reste claire, un doctor test est alors fait pour détecter la présence éventuelle de mercaptans (hydrocarbure soufré, preuve d'une mauvaise désulfuration car ce sont les hydrocarbures les plus faciles à désulfurer, la molécule de soufre étant un bout de chaine (R-S-H)). Pour ce test de la fleur de soufre est ajouté à la solution précédente (un précipité noir indique la présence de mercaptans).

Ce concept de boucle réactionnel est identique pour les unités d'HDS de gazole.
Le soufre doit aussi être éliminé car, acide et corrosif, il inhibe les catalyseurs contenus dans d'autres unités. De plus il rend plus polluant les produits commerciaux extraits de ce naphta tels que le propane, le butane ne doivent pas non plus contenir du soufre ou des composés sulfurés. Comme pour le GPL, avant de fractionner ce naphta en des coupes plus étroites, on le désoufre donc en le combinant avec de l'hydrogène pour former du sulfure d'hydrogène, qui part vers une unité Claus pour en faire du soufre liquide. On peut aussi garder la coupe naphta total telle quelle sans faire de nouveaux fractionnements et l'utiliser comme charge pour le cracker à la vapeur. Là aussi, l'hydrogène vient généralement de l'unité de reformage catalytique, ou peut être produit à partir du méthane (CH₄), dans un steam methane reformer (SMR)