description du projet - cyclohexane matière première du nylon - client potentiel: dupont marché...

Description du projet

- Cyclohexane matière première du nylon

- Client potentiel: Dupont

• Marché pétrochimique

• Janvier ’99 nouvelle norme- Benzène dans essence < 1% vol.

• Solution transformer le Bz en

cyclohexane

- Actuellement 1.3 % vol.

Description du projet

- Recherche de données et d’informations- Simulation

- Choix et localisation des équipements- Analyse économique- Étude d’impacts environnementaux

• Étapes du projet

• Mandat

- Produire du cyclohexane- Extraire le benzène

Technologies utilisées

• Extraction du benzène– Distillation extractive

• Principes de base

- Procédés industriels • GTC-Glitsch

• IFP

• Distapex

• Sulfolane

• Hydrogénation

– Principes de base

– Procédés industriels

• UOP

• IFP

Technologies utilisées

OPTION B- 12 % de Bz

sortie du reformer

OPTION A- 4.7 % de Bz

sortie du reformer

Introduction - SimulationChoix du logiciel

Aspen

Résultats des simulations

-Extraction primaire existante-Procédé UOP- Sulfolane-Procédé Distapex-Hydrogénation

-Extraction primaire améliorée-Procédé UOP- Sulfolane

RésultatsExtraction

Benzène Option A

RésultatsExtraction

Benzène Option A

Reformer

?

• Actuel : 4.7 % de benzène dans l ’écoulement sortant du reformer

Écoulements de sortie:

Extraction primaire

Extraction Primaire

Naphta

Isomérat

Naphta Splitter

Reformer

Distillation extractive

Isomérat

Essence

Reformate Splitter

Extraction primaire

Reformate Splitter

Extraction primaire

Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral

Entrée:

l’ écoulement provenant du reformer

Bz = 693 bbl/jr

Sorties:Bz = 27.4 bbl/jr

C4-C5-C6

Bz = 12 bbl/jr

C7 = 304 bbl/jr

Bz = 653 bbl/jr

C6 = 180 bbl/jr

Extraction primaire

• Diamètre: 3.4 m (11 pi)

• Plateaux : 67

• Condenseur:

- Temp.: 44 ºC

- Énergie: 6 390 kW (21.8 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 166 ºC

- Énergie: 10 700 kW (36.5

MMBTU/h)

Reformate Splitter

Reflux = 4 volume std

Résultats UOP-Sulfolane

Option A

Résultats UOP-Sulfolane

Option A

Procédé Sulfolane

Sulfolane

Traitement des eaux

Benzène 98.7%

Eau

Eau

Purification Sulfolane

Col. Extract

Col. Rafwash

Col. Stripper

Col. Bzrecov

Col. Recupraf

IsomératDécanteur

Sulfolane

Écoulement latéral du Reformate Splitter

Colonne Extract

Sulfolane

Rôle : - Mettre en contact le Bz et le solvant

- Permet l’épuration de l ’écoulement de la boucle de recirculation de la colonne Stripper

Sorties:

Bz = 110 bbl/jrC4-C5-C6

C7 = 40 bbl/jrSulfolane= 1 700 bbl/jr

Bz = 1 238 bbl/jrC7 =105 bbl/jrSulfolane = 1 870 bbl/jr

Entrées:

Eau/Sulfolane: 1.3% mass.

Écoulement latéral

du Ref. SplitterÉcoulement de recirc.

du Stripper

Sulfolane

• Diamètre: 1.5 m (5 pi)

• Plateaux : 74

• Condenseur:

- Temp.: 49 ºC

- Énergie: 2 430 kW (8.3 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 111 ºC

- Énergie: 1 025 kW (3.5 MMBTU/h)

Colonne Extract

Reflux = 1.1 massique

Sulfolane

Rôle : - Recirculation amélioration pureté

- Épurer le Sulfolane contenant du benzène

Sorties:

Bz = 695 bbl/jr

C7

Bz = 375 bbl/jr Sulfolane = 254 bbl/jr

Entrée:

Écoulement lourd de la colonne

extract

Bz = 167 bbl/jrSulfolane = 1 616 bbl/jr

Colonne Stripper

Colonne Stripper

Sulfolane

• Diamètre: 1.1 m (3.5 pi)

• Plateaux : 43

• Condenseur:

- Temp.: 59 ºC

- Énergie: 790 kW (2.7 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 122 ºC

- Énergie: 675 kW (2.3 MMBTU/h)

Reflux = 0,4 massique

Colonne Bzrecov

Sulfolane

Rôle : Séparer le benzène du solvant

Entrée:

Écoulement lourd provenant du Stripper

Sorties:

Bz = 13 bbl/jr Toluène Sulfolane = 1 870 bbl/jr

Bz = 530 bbl/jr

Pureté 98.7 % vol

Colonne Bzrecov

Sulfolane

• Diamètre: 1.8 m (6 pi)

• Plateaux : 54

• Condenseur:

- Temp.: 35 ºC

- Énergie: 1 400 kW (4.8 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 163 ºC

- Énergie: 1 650 kW (5.6 MMBTU/h)

Reflux = 3 massique

• Pression : 0.2 atm

Colonne Rafwash

Sulfolane

Rôle : Laver le solvant SulfolaneEntrée:

Eau = 7 015 lb/ hr

Écoul. léger de la colonne Extract

Sulfolane = 1 700 bbl/jr

Sorties:

Bz = 0 bbl/jr C7 Sulfolane = 1 700 bbl/jr

Bz = 110 bbl/jr C4 C5 C6

Eau = 540 bbl/jr

Sulfolane

• Diamètre: 2.3 m (7.5 pi)• Plateaux : 54

• Condenseur:

- Temp.: 34 ºC

- Énergie: 3 575 kW (12.2 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 150 ºC

- Énergie: 4 160 kW (14.2 MMBTU/h)

Colonne Rafwash

Reflux = 3 massique

Colonne Recupraf

Sulfolane

Rôle : Enlever les hydrocarbures du Sulfolane

Sulfolane provenant du bas de la col. Bzrecov

Entrées: Sorties:

Bz = 13.1 bbl/jr C7 , Toluène

Eau = 233 bbl/jr

Eau = 369 bbl/jr Sulfolane = 3 359 bbl/jr

Sulfolane provenant du bas de la col. Rafwash

Eau 8 800 lb / hr

Sulfolane

• Diamètre: 0.9 m (3 pi)

• Plateaux : 40

• Condenseur:

- Temp.: 78 ºC

- Énergie: 1 200 kW (4.1 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 79 ºC

- Énergie: 660 kW (2.25 MMBTU/h)

Colonne Recupraf

T = 1 ºC

Reflux = 1 volume std

Décanteur

Sulfolane

Rôle : Séparer l’eau des hydrocarbures

Eau propre

Hydrocarbures

Entrée:

Légers des 2

colonnes de

lavage

Sorties:

Décanteur

Sulfolane

• Volume: 20 m3

• Temps de séjour: 60 min.

Évaporateur

Sulfolane

Rôle : Séparer l ’eau du Sulfolane

pour le retourner au procédé

Entrée:

Sulfolane / eau = 9 %

Sulfolane / eau = 1.3 %

Sorties:

• Calcul du % vol. de bz dans l’essence– 64 900 bbl / jr d’essence produit – 1.3 % vol. de benzène– Vol. bz total = 843.7 bbl / jr– Vol. bz extrait = 537.9 bbl / jr– Vol. de bz dans l’essence = 305.8 bbl / jr

• % vol. bz = 0.48 %

Procédé Sulfolane

Résultats DistapexOption A

Résultats DistapexOption A

Procédé Distapex

Distapex

Reformate Splitter

Isomérat

Col. RadFrac 1

N-Méthyl pyrrolidone

Col. RadFrac 2

Bz 77% vol.

RésultatsExtraction

primaire Option B

RésultatsExtraction

primaire Option B

OPTION B- 13 % de Bz

sortie du reformer

OPTION A- 4.7 % de Bz

sortie du reformer

Rappel des options

Résultats des simulations

-Extraction primaire existante-Procédé UOP- Sulfolane-Procédé Distapex-Hydrogénation

-Extraction primaire améliorée-Procédé UOP- Sulfolane

Option BOption B

• Amélioration de l’extraction primaire

- Modifications des conditions

d’opération du Naphta splitter

- Ajout de la Colonne2

• Étude d ’impact sur les colonnes

Reformate Splitter et la première colonne

du procédé Sulfolane

Extraction Primaire

Naphta

Isomérat

Naphta Splitter

Colonne 2

Reformer

Distillation extractive

Isomérat

Essence

Reformate Splitter

Extraction primaire

Colonne Naphta SplitterRôle : Envoyer le Bz avec les légers pour les

récupérer avec la colonne2

Entrée:

2 écoulements fournis

Entrée standard moy.

• Bz = 416 bbl/jr

Bz = 341 bbl/jr

C4-C5-C6

Bz = 75 bbl/jr

C7-C8-C9

Sorties:

Extraction primaire

Extraction primaire

• Diamètre: 4.57 m (15 pi)

• Plateaux : 40

• Condenseur:

- Temp.: 41 ºC

- Énergie: 4 068 kW (13.87 MMBTU/h )

• Rebouilleur:

- Temp.: 148 ºC

- Énergie: 15 825 kW (54.0

MMBTU/h)

Colonne Naphta Splitter

Reflux = 0,75 massique

Colonne 2Rôle : Envoyer le benzène en bas @ 98 %

Entrée:

les légers du Naphta- Splitter

Bz = 341 bbl/jr

Sorties:

Bz = 7 bbl/jrC4-C5-C6

Bz = 334 bbl/jr

C7-Cyclohexane

Extraction primaire

Extraction primaire

• Diamètre: 5.8 m (19 pi)

• Plateaux : 80

• Condenseur:

- Temp.: 39 ºC

- Énergie: 23 915 kW (81.6

MMBTU/h)• Rebouilleur:

- Temp.: 82 ºC

- Énergie: 17 115 kW (58.4

MMBTU/h)

Colonne 2

Reflux = 4,75 massique

Reformer

?

• Tout le cyclohexane se transforme en benzène

• 90% du mcyclopentane se transforme en benzène

• Débit sortant = 73.6% volumique débit entrant

Écoulements de sortie:

Extraction primaire

Reformate Splitter

Extraction primaire

Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral

Entrée:

l’ écoulement provenant du reformer

vol. Bz= 1 774 bbl/jr

Sorties: Bz = 25 bbl/jr

C4-C5-C6

Bz = 8 bbl/jr

Bz = 1 741 bbl/jr

Extraction primaire

• Diamètre: 3.4 m ( 11 pi)

• Plateaux : 67

• Condenseur:

- Temp.: 39 ºC

- Énergie: 7 855 kW (26.8 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 166 ºC

- Énergie: 10 960 kW (37.4

MMBTU/h)

Reformate Splitter

Reflux = 6 std volume

Résultats UOP-SulfolaneOption B

Résultats UOP-SulfolaneOption B

Procédé Sulfolane

Reformate Splitter

Col. Extract

Sulfolane

Sulfolane

Colonne Extract

Sulfolane

Rôle : - Mettre en contact le Bz et le solvant

- Permet l’épuration de l ’écoulement de recirculation de la col. Stripper

Sorties:

Bz= 123 bbl/jr C4-C5-C6

Sulfolane= 2 344bbl/jr

Bz = 2 268 bbl/jr Sulfolane = 1 406 bbl/jr

Entrées:

Eau/Sulfolane: 1.3% mass.

Écoulement latéral du Reformate Splitter

Recirc. de Stripper

Sulfolane

• Diamètre: 1.1 m ( 3.5 pi)

• Plateaux : 74

• Condenseur:

- Temp.: 63 ºC

- Énergie: 1 310 kW (4.47 MMBTU/h)

• Rebouilleur:

- Temp.: 88 ºC

- Énergie: 950 kW (3.25 MMBTU/h)

Colonne Extract

• Optimisation avec boucle de recyclage

Reflux = 0.6 mol.

OPTION B- 12 % de Bz

sortie du reformer

OPTION A- 4.7 % de Bz

sortie du reformer-REFSPLIT

Sorties à l’isomérat

légers = 27.4 bbl Bz/jr 2 944 bbl tot/jr

Lourd = 12 bbl Bz/jr

10 921 bbl tot/jr

Côté B = 653 bbl Bz/jr 2 461 bbl tot/jr

- EXTRACT légers = 110 bbl Bz/jr 3 560 bbl tot/jr

Option A vs Option B

-REFSPLIT Sorties à l’isomérat

légers = 24.8 bbl Bz/jr 2 636 bbl tot/jr

Lourd = 8 bbl Bz/jr 10 155 bbl tot/jr

Côté B = 1 741 bbl Bz/jr 3 535 bbl tot/jr

- EXTRACTlégers = 123 bbl Bz/jr

3 475 bbl tot/jr

Résultats Hydrogénation

Option A

Résultats Hydrogénation

Option A

Hydrogénation

Benzène

Hydrogène

Cyclohexane 98.6% mol.

Légers

Réacteur lit fluidisé

Réacteur lit fixe

Colonne

Décanteur

Hydrogénation

Réacteur à lit fluidisé

Hydrogénation

Température: 250 ºC

Pression: 3000 kPa

Catalyseur: Platine ou nickel

Énergie à retirer: 5.58 MMBTU/HR

Rôle : convertir le benzène en cyclohexane

Hydrogène

Benzène

Entrées:

Sorties:

Mélange gazeux

vers deuxième réacteur

Réacteur à lit fixe

Hydrogénation

Sorties:Cyclohexane Légers

Pression: 3000 kPa

Température: 250 ºC

Catalyseur: platine ou nickel

Énergie retirée: 2.16 MMBTU/HR

Rôle : compléter la réaction d’hydrogénationEntrée:

Mélange gazeux

du premier réacteur

Colonne

Hydrogénation

Entrée:Mélangecyclohexane

Sorties: haut: Légers

Cyclohexane 0.08 bbl/Jour

Cyclohexane = 608 bbl / jr

Pureté 98.6 % vol

Rôle : séparer le cyclohexane des légers

Pression: 517 kPa

Température: haut = 39 °C

bas = 147 °C

Nombre de plateaux: 10

Matériaux

• Matériau des colonnes et des plateaux:

• Matériau des rebouilleurs et condenseurs:

- Acier au carbone

- Acier au carbone

Attention aux rebouilleurs des colonnes de lavage température de 220 ºC

Type de rebouilleurs

• Rebouilleurs shell and tubes

- Selon la température- Pour les colonnes REFSPLIT BZRECOV

• Fournaise

- Fluide caloporteur

• Une source d ’énergie est disponible à l’hydrogénation

Type de condenseurs

• Échangeurs de chaleur shell and tubes

- Selon la température

• Aérorefroidisseurs

- Fluides caloporteurs

Autres équipements

•Pompes

- Type centrifuge

- Toit flottant

•Réservoirs

N

Localisation des équipements

Localisation des équipements

Unité d’isomérisation

Unifineur de Naphta lourd

Unité de Polymérisation

N

N

Localisation des réservoirs

N

Localisation des réservoirs

Localisation des équipements

N

Introduction

• Qualité de l ’environnement et le bien-être de la population

Description du milieu récepteur

Pop. rayon 32 km: 280 000

Pop. immédiate St-Romuald: 10 637

Description du milieu récepteur

• Direction des vents

N

E

S

O

Description du milieu récepteur

Description du milieu récepteur

•Températures

Température Janvier Juillet

Maximum -7.5°C 24.9°C

Minimum -16.6°C 13.2°C

Température Janvier Juillet

Maximum -7.5°C 24.9°C

Minimum -16.6°C 13.2°C

Potentiels critiques et correctifs

• Aux réservoirs

Tensions de vapeur entre 10 et 76 kPa

• Au quai de chargement

Récupération de vapeur

• Benzène: cancérogène

• Au décanteur

Rappels

• Certificat d’autorisation du M.E.F.Q.

• Étude de dispersion atmosphérique des contaminants et autres recherches

• Étude d’impact environnemental selon les exigences particulières du Ministère

- Obligatoire

Analyse Économique• Étude de marché• Transport• Réalisation du chiffrier

– Excel

• Résultats de l ’analyse de rentabilité– Hypothèses

– Coûts d’investissements

– Coûts d’opération

– Revenus des ventes

Étude de marché• Coût du benzène

• Coût du cyclohexane

• Potentiel du benzène

• Potentiel du cyclohexane

0.70 @ 1.50 $ US/gall1993

25% plus élevé que celui du Bz

Actuellement de 1.00$US/gal

Aucun marché au CanadaExploitation du produit aux États-Unis

Aucun producteur au Canada

Dupont utilise 35 millions par année

Actuellement acheté aux États-Unis

• Selon les possibilités

Transport

Transformation du Bz et vente du cyclohexane produit

Vente du benzène

• Itinéraire : St-Romuald @ Three Rivers, TX

• Type de transport :

Transport - Vente du Bz

bateaux

• Fréquence des envois : 14 jours

• Capacité des envois : 1 bateau @ 7 406 bbl

• Durée du trajet : 1 044 heures

• Coûts annuels : 567 670 $US

• Itinéraire : St-Romuald @ Maitland, Ontario

• Type de transport :

Transport - Vente du C6H12

train• Fréquence des envois : 14 jours

• Capacité des envois : 12 wagons @ 30 000 USG/wagon

• Durée du trajet : 250 heures

• Coûts annuels : 603 293 $US

Hypothèses de travail• Choix des équipements

• Acquisition du terrain

• Revenus projetés

• Vie économique du projet

• Taux d ’imposition

• Financement du projet

• Taux de rendement acceptable minimum

• Taux de change

• Taux d’inflation

• Fond de roulement

Neuf

Aucun

Selon l ’option

20 ans

35 %30 % -versements égaux8 % d ’intérêt

15%

1.42 $ CAN / 1$ US

Aucun60 jours du coût livré de la matière première

Analyse Économique

• Réalisation du chiffrier– Excel

• Résultats de l ’analyse de rentabilités– Option A

– Option B

Analyse Économique

Option A

Analyse Économique

Option A

Coûts d’investissements

• Investissement équipements

– Procédé Sulfolane 3 832 314 $– Hydrogénation 5 680 000 $

9 512 314 $

• Investissement pour les bâtiments 1 712 217 $

• Investissement capital total– coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement

43 474 751 $

Coûts d’opérations par année

• Matières premières + dépenses directes et indirectes

6 309 303 $

• Coûts par gallon de cyclohexane produit

68 ¢ / gal

Revenus des ventes/année -

Option A• 608 bbl/jour

9 320 000 gal/an 16 589 600 $

Prix de vente ($ constants) 1.78 $/gal

Informations supplémentaires

• Taux de change américain 1.42• Taux d ’imposition combiné

35 %• Taux A.C.C. - Bâtiments 4 %• Taux A.C.C. - Équipements 30 %• Prêt (versements égaux, 8 ans, 30% de l ’inv. Capital total) 13 042 425 $• Intérêt réel sur le prêt 8 %• Versements annuels (prêt) 2 269 575 $• Fond de roulement 2 245 686 $• Vie économique 20 ans• T.R.A.M. 15 %

Résultats -Option A

SI TUATI ON T.R.I . Prix devente

Résultat présent 9.25 % 1.78 / gal

T.R.A.M. 15 % 2.04 $/ gal

Aucun retour 0 % 1.42 $/ gal

Aucun prêt 14.6 % 1.78 $/ gal

Analyse Économique

Option B

Analyse Économique

Option B

Coûts d’investissements- OptionB

• Investissement équipements

– Procédé Sulfolane 6 604 900 $

– Hydrogénation 5 680 000 $ 12 284 900 $

• Investissement pour les bâtiments 2 211 200 $

• Investissement capital total– coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement

59 583 100 $

Revenus des ventes/année -

Option B• 1 824 bbl/jour

27 960 000 gal/an 49 768 800 $

Prix de vente ($ constants) 1.78 $/gal

Résultats - Option B

SI TUATI ON T.R.I . Prix devente

Résultat présent 51.6% 1.78 / gal

CONCLUSION

• Extraction du benzène de l ’essence

71 ¢ / gallon71 ¢ / gallon

• Hydrogénation du benzène en cyclohexane au prix de :

X %X %

ANALYSE

ÉCONOMIQUE

F. Bélisle

CHOIX ÉQUIPEMENTS

D. Lacroix

ENVIRONNEMENT

C. Demers

SIMULATION

N. Mongrain

D. Côté

P. Dubé

A. Richer

G. Laflamme

I. Laroche

F. Tremblay

L. Bassani

D. Beaumier

S. Couture

V. Tu

F. Denis

I. Robert

M. Rousseau

M. Verronneau

J. Béland

M.J. Luo

N. Proulx

Groupes de travail