Le 7 janvier 1913, William Meriam Burton a déposé un brevet, le brevet américain 1 049 667, pour son procédé de craquage thermique du pétrole brut, pour convertir le pétrole en essence : le procédé de craquage Burton.
La méthode Burton a doublé le rendement en essence pouvant être extrait du pétrole brut.
Le monde à besoin d'essence
La croissance rapide de l’industrie automobile et l’augmentation générale de l’utilisation des moteurs à essence à d’autres fins ont marqué le début d’une nouvelle ère. Elle a nécessité la découverte de nouveaux gisements de pétrole brut dans le monde et l’amélioration des méthodes de raffinage du pétrole extrait de ces nouvelles sources.
En 1910, un demi-million d’automobiles circulaient sur les routes américaines.
La première méthode de craquage thermique , le procédé de craquage Shukhov, a été inventée par l’ ingénieur russe Vladimir Shukhov (1853-1939), dans l’empire russe (brevet n° 12926, du 27 novembre 1891).
La conversion du pétrole brut en essence était un processus très lent et les raffineries de pétrole s’inquiétaient d’une éventuelle pénurie de gaz. Seuls 15 à 25 % environ du pétrole seront transformés en essence par la technique du distillation fractionnée. Cette quantité d’essence « pure » n’est pas suffisante pour répondre aux besoins mondiaux.
Il faut accroitre le rendement
En 1909, le Dr William M. Burton, à l’époque directeur général de la fabrication de la Standard of Indiana (futur BP), a demandé au Dr Robert E. Humphreys, chimiste en chef du laboratoire de Whiting, de se pencher sur le problème de l’augmentation du rendement de l’essence à partir du pétrole brut. Ce type d’expérimentation n’ayant jamais été pratiquée auparavant chez Standard Oil.
Ce groupe de recherche de trois personnes (complété par un certain F.M.) a commencé ses travaux en sachant que le chauffage des fractions de pétrole contenant des hydrocarbures plus complexes que ceux présents dans l’essence – un procédé appelé « cokéfaction » – produisait du kérosène, du coke (une forme de carbone) et une petite quantité d’essence. Le procédé devait cependant être considérablement amélioré avant de pouvoir être utilisé commercialement.
Au départ, Burton et ses collègues ont utilisé la fraction « combustible lourd » du pétrole (les 66 % du pétrole qui bouillent à une température supérieure à celle du kérosène). Rapidement, ils se sont aperçus qu’il valait mieux n’utiliser que la partie du matériau qui contenait ses plus petits hydrocarbures (ceux contenant moins d’atomes de carbone), qui étaient tous encore beaucoup plus gros que ceux présents dans l’essence. La procédure de craquage tentée dans un premier temps consistait à faire passer la matière de départ dans un tube chaud. Ce traitement par tube chaud vaporisait la matière et décomposait 20 à 30 % des hydrocarbures les plus gros en hydrocarbures présents dans l’essence. Cependant, divers produits goudronneux étaient également produits, ce qui réduisait la qualité de l’essence obtenue de cette manière.
Le procédé de Burton a contribué au développement du raffinage du pétrole, illustré dans ce diagramme.
Le procédé de Burton
Le procédé de Burton a contribué au développement du raffinage du pétrole, illustré dans ce diagramme. Il a doublé le rendement en essence pouvant être extrait du pétrole brut.
Ensuite, les chercheurs ont essayé de travailler à une température plus élevée en faisant barboter la matière première dans du plomb fondu. Une plus grande quantité d’essence a été produite de cette manière, mais elle était tellement contaminée par des matières gommeuses qu’elle ne pouvait pas être utilisée. La poursuite des recherches a toutefois montré que des températures modérées (entre celles utilisées dans les expériences avec le tube chaud et celles du plomb fondu) permettaient d’obtenir le meilleur rendement en essence utile.
Après de nombreuses tentatives infructueuses, ils essayairent d’utiliser conjointement la chaleur et la haute pression (pour « maintenir les matériaux de départ immobiles ») sur le pétrole. « Lorsque cela fut fait, n’importe quelle huile aussi légère que le gasoil se distillera lorsqu’une certaine température sera atteinte, et il n’y ayura plus de craquage. Si le gasoil pouvait être maintenu dans un alambic par l’utilisation de la pression jusqu’à ce qu’une température de craquage soit atteinte, Humphreys pensait que cela pourrait fournir un bon rendement en essence.
Bien que la base théorique de l’utilisation de la haute pression se soit révélée incorrecte par la suite, la nouvelle méthode fonctionnait assez bien. Le procédé de craquage thermique venait d’être inventé.
Le Burton-Humphreys Experimental Cracking Still, une technique de craquage thermique, est devenu une réalité après deux ans d’expérimentation et de recherche. (Brevet américain 1 049 667 du 7 janvier 1913.)
Motor Spirit
La première essence craquée, appelée Motor Spirit, n’était pas très populaire, car elle était jaunâtre et avait une odeur quelque peu désagréable. Cependant, l’ajout de quelques procédures de raffinage mineures a rapidement rendu l’essence craquée indiscernable de l’essence ordinaire. La Standard Oil of Indiana a réalisé d’énormes profits avec l’essence de craquage au cours des dix années suivantes.Cette technologie, qui a été la force motrice pour répondre aux besoins en carburant de l’Amérique, est considérée comme l’une des plus grandes inventions des temps modernes. Bien que d’autres techniques aient été développées depuis, le procédé Burton serait encore largement utilisé dans le raffinage du pétrole.
L’alambic (ici à gauche) se trouve maintenant à l’Institut Smithsonian.
