La composition du GPL

Le GPL est un mélange en proportions variables de butane et de propane. Chaque pétrolier peut faire le mélange qu'il veut… En respectant tout de même quelques règles, notamment un indice d'octane minimal de 89 et surtout l'arrêté du 3 septembre 1979 qui détermine les caractéristiques que doivent avoir les butanes et propanes commerciaux. Le GPL doit ainsi répondre à deux spécifications officielles : la composition, plus de 19% de butane et moins de 50% de propane, et la tension de vapeur relative, supérieure ou égale à 7.5 bars et inférieure ou égale à 11.5 bars à 50° C. Sous réserve de respecter ces spécifications, les proportions sont libres.

Fractionner pour transformer

Une fois arrivé à la raffinerie, le pétrole brut va être éclaté afin d'obtenir du fioul, du gazole, des essences ou du GPL. Les différents corps qui le composent vont être séparés. On appelle ce traitement la distillation atmosphérique. Le principe est identique à celui effectué avec un alambic, mais à une échelle plus importante, la tour utilisée pouvant atteindre 60 mètres de haut et jusqu'à 10 mètres de diamètre. Passé d'abord dans un four à 350°C, le pétrole brut, ainsi vaporisé, est envoyé dans la tour de fractionnement pour être….. Une nouvelle fois fractionné. On retrouve alors les différents composants répartis en couches successives : les produits lourds tels que gazole et résidus lourds sont en bas et les produits légers comme le butane et le propane en haut. Il suffit alors de les liquéfier et de les récupérer chacun à leurs étapes respectives.

On récupère ainsi 1 à 2% de butane et 0.5% de propane du pétrole brut par ce procédé. Une goutte d'eau. D'autres moyens sont donc mis en œuvre pour augmenter la production du GPL. Pour obtenir du butane et du propane, on va procéder à la transformation d'autres produits. On utilise pour cela des substances telles que le fioul lourd dont la demande est moindre aujourd'hui ou des essences lourdes ayant un faible indice d'octane et donc non-utilisable comme carburant. Le reformeur catalytique, en plus de permettre l'amélioration de l'indice d'octane des essences, va également produire du butane et du propane.

Pour cela, les essences lourdes sont passées dans des fours à 500°C puis dans des réacteurs avec des catalyseurs à base de métaux précieux et de platine. Il en sort une essence à indice d'octane élevée, appelée réformât, et des gaz associés. Ce sont ces derniers qui nous intéressent. Après un autre traitement dans un gasplant, qui est une unité de fractionnement par distillation et de purification, ceux-ci donnent, entre autres, de l'éthane et du méthane (utilisés comme combustible par la raffinerie), et du butane et du propane. Ces gaz viennent compléter ceux produits par distillation atmosphérique.

Histoire de molécules

Mais la visite ne s'arrête pas là. Une troisième unité de production nous attend : le craquage catalytique. Là encore, ce système utilise des résidus d'autres unités de production, les produits noirs, les " fonds de barils " qui ne sont autres que les produits pétroliers lourds, autrefois utilisés comme base pour le fioul, pour les transformer en produits légers.

Le rôle du craqueur est donc de fabriquer des produits légers à petites molécules (tels le butane et le propane) à partir de produits lourds formés de grosses molécules. Pour cela, elles sont chauffées entre 520 et 540°C et envoyés dans un réacteur avec un catalyseur. Les grosses molécules sont alors cassées en petites molécules (produits légers). Elles sont récupérées et passent ensuite dans une colonne de fractionnent comme pour la distillation atmosphérique afin d'être séparées.
Le procédé est le même. Après traitement, on obtient ainsi du propane et du butane, et donc, autrement dit, du GPL.
Mélange lors de la prise de livraison

Au final, après ces différents traitements, on aura tiré entre 4 et 8% de GPL (butane et propane cumulés). L'écart étant dû à la qualité de la matière première (tous les pétroles bruts ne sont pas identiques) et aux moyens de production de la raffinerie.

Voilà, notre butane et notre propane sont produits, mais le carburant pour votre voiture n'est pas encore fait pour autant.
Car contrairement à ce que l'on pourrait penser, le GPL n'est pas contenu dans des cuves, prêt à l'emploi.
Ses deux constituants sont stockés sous forme liquide dans des réservoirs sphériques distincts. Cette forme particulière permet une répartition homogène de la pression sur la paroi, ce qui évite le risque d'éclatement.
Essayez donc de casser un œuf en le serrant dans votre main ; impossible.

Le GPL, le carburant de votre voiture, prend naissance ici, lors du chargement du camion-citerne qui ira livrer votre station-service.
Le poste de chargement est équipé d'un terminal électronique qui pompe directement dans les cuves de butane et de propane les proportions préalablement rentrées dans un calculateur.
Le GPL se fait donc directement dans la cuve du camion ou du wagon en cas de transport ferroviaire.
Le carburant est donc enfin prêt à être livré aux stations-services pour terminer dans le réservoir de votre voiture.

Sachez que seulement 7% du GPL est utilisé comme carburant dans le monde. Le reste sert pour l'industrie ou même par vous, pour chauffer ou alimenter votre gazinière. En concurrence avec le gaz naturel.

Propane l'hiver, Butane l'été

Le butane se liquéfiant à une température plus élevée que le propane (autour de -5°C contre -39°C), par temps froid, un mélange riche en butane aura du mal à se vaporiser, rendant la combustion difficile, voire impossible.

C'est pourquoi les distributeurs proposent des GPL ayant une plus forte proportion de propane l'hiver et de butane l'été.

Une autre propriété du GPL est sa faculté, en phase liquide, à se dilater avec la température.
Un réservoir rempli à 85% à 15°C verra son volume occupé à 97% par le liquide à 50°C.
C'est pourquoi il existe un limiteur de remplissage à hauteur de 85% dans les réservoirs.

Composition et Propriétés    

Commençons par un petit rappel des caractéristiques des gaz. La compression d'un gaz augmente sa pression et sa température, crée de la chaleur vers le milieu extérieur et tend à le liquéfier.
Au contraire, sa détente abaisse sa pression et sa température et elle entraîne un dégagement de froid, donc une absorption de la chaleur du milieu extérieur.
Les basses températures et les pressions élevées favorisent la liquéfaction des gaz, tandis que les températures élevées et les pressions faibles en favorisent la vaporisation.
Un principe à intégrer pour comprendre le fonctionnement et les réactions du GPL.
Le GPL a pour caractéristique une liquéfaction à température ambiante et sous faible pression.

La formule du butane est C4H10.

À température ambiante, soit par exemple à 15°C, 1.5 bar de pression suffit à le maintenir à l'état liquide, soit une pression très faible.

À 0°C, le butane est à sa température d'ébullition. A des températures plus basses, il restera à l'état liquide et ne se vaporisera pas. A l'état gazeux, le volume occupé devient bien trop important pour envisager son stockage.

À 15°C, la masse volumique du butane gazeux est de 2.44 kg/m3, pour 0.585 kg/l à l'état liquide.
Le butane se trouve dans les bouteilles utilisées par exemple pour les cuisinières, stockées à l'intérieur des habitations.
Le propane est lui stocké à l'extérieur, en bouteille ou en citerne, car ses caractéristiques sont différentes.
À 15°C, il atteint déjà une pression de 7.5 bars, tandis que son seuil d'ébullition se situe à -44°C.

Sa formule chimique : C3H8.

Quant au GPL, il possède des caractéristiques intermédiaires, étant composé, nous l'avons vu, pour moitié par chacun de ces gaz.

Le GPL pèse environ 550 g/l.

Son point d'ébullition est à -30°C.

À des températures inférieures, il restera à l'état liquide et ne pourra se vaporiser.
Dans les pays les plus froids, on augmente le pourcentage de propane pour assurer son fonctionnement.

Dans le réservoir, le GPL reste à un niveau de tension de vapeur qui permet à une partie du gaz de se maintenir à l'état gazeux.
Elle donne une marge d'expansion au GPL en cas d'augmentation de la chaleur.