Étude préliminaire de Étude préliminaire de production de cyclohexaneproduction de cyclohexane
Katia CharlandKatia Charland
Pascal CôtéPascal Côté
Nicolas DesbiensNicolas Desbiens
Marie-Eve LestageMarie-Eve Lestage
Plan de l'exposéPlan de l'exposé
IntroductionIntroduction Simulation et diagrammes Simulation et diagrammes
d'écoulementsd'écoulements Dimensionnement des équipementsDimensionnement des équipements Disposition des équipementsDisposition des équipements Étude d'impactsÉtude d'impacts Analyse économiqueAnalyse économique ConclusionConclusion
IntroductionIntroduction
But : Diminuer la quantité de benzène dans But : Diminuer la quantité de benzène dans l'essence jusqu'à 1% volumique tout en l'essence jusqu'à 1% volumique tout en rentabilisant le procédérentabilisant le procédé
Technologies possibles :Technologies possibles :– Extraction par solvantExtraction par solvant– Membranes sélectives (non-développée)Membranes sélectives (non-développée)– MBR (procédé de réaction catalytique)MBR (procédé de réaction catalytique)
Technologie optée : Technologie optée : procédé UOP-procédé UOP-SulfolaneSulfolane
Simulation et diagramme Simulation et diagramme d ’écoulementd ’écoulement
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulementSimulationSimulationBilans de masseBilans de masseBilans d ’énergieBilans d ’énergie
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulement
Procédé UOP-SulfolaneProcédé UOP-Sulfolane Hydrogénation du benzèneHydrogénation du benzène
Procédé UOP-SulfolaneProcédé UOP-Sulfolane
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulement
Procédé UOP-SulfolaneProcédé UOP-Sulfolane Hydrogénation du benzèneHydrogénation du benzène
Hydrogénation du benzèneHydrogénation du benzène
Légers
Cyclohexane
R-1 R-2
e-2F-1
Hydrogène
Eau
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Simulation et diagramme Simulation et diagramme d ’écoulementd ’écoulement
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulement SimulationSimulation Bilans de masseBilans de masse Bilans d ’énergieBilans d ’énergie
Simulation PRO/IISimulation PRO/II
Colonne EXTRACTColonne EXTRACT Colonne STRIPPERColonne STRIPPER Colonne BZ RECOV 1Colonne BZ RECOV 1 Colonne BZ RECOV 2Colonne BZ RECOV 2 Réacteur lit fluideRéacteur lit fluide Réacteur lit fixeRéacteur lit fixe Réservoir flashRéservoir flash
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Colonne EXTRACTColonne EXTRACT
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Extraction du benzène avec le sulfolane20 plateauxReflux = 1.5Condenseur et rebouilleurPureté = 87.4% (mass.) Bz & sulfolaneExtraction du Bz = 99.99% (mass.)
Colonne STRIPPERColonne STRIPPER
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Purification du Benzène et du sulfolane20 plateauxReflux = 1.5Condenseur et rebouilleurPureté = 90.5% (mass.) Bz & sulfolaneRecyclage entre la colonne STRIPPER & EXTRACT
Colonne BZ RECOV 1Colonne BZ RECOV 1
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Séparation du benzène le sulfolane20 plateauxReflux = 1.5Condenseur et rebouilleurPureté du sulfolane = 99.99% (mass.) Pureté du benzène = 79.6% (mass.)Sulfolane recyclé au début du procédé
Colonne BZ RECOV 2Colonne BZ RECOV 2
Ajout desulfolane
C-1 C-2 C-3 C-4
P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
r-1 r-3 r-4
c-1 c-2 c-3 c-4
T-1
e-1
EX-2
EX-1
T-2
r-2
Isomérat
Eau
1
2
3
4
5
6
7 8
9
14
1012
11
13
15
16
SP1
Séparation du benzène et du toluène20 plateauxReflux = 1.5Condenseur et rebouilleurPureté du benzène = 99.95% (mass.) Perte de benzène = 0.05% (mass.)
Réacteur lit fluideRéacteur lit fluide
Légers
Cyclohexane
R-1 R-2
e-2F-1
Hydrogène
Eau
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Hydrogénation du benzèneRéacteur CSTR à conversionExcès de 15% d ’hydrogène gazeuxTempérature d ’opération = 250oCPression d ’opération = 1 atmConversion du benzène = 96% (mass.)
Réacteur lit fixeRéacteur lit fixe
Légers
Cyclohexane
R-1 R-2
e-2F-1
Hydrogène
Eau
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Hydrogénation du benzèneRéacteur CSTR à conversionTempérature d ’opération = 250oCPression d ’opération = 1 atmConversion du benzène = 95% (mass.) Conversion totale des 2 réacteurs en série = 99.8% (mass.)
Réservoir flashRéservoir flash
Légers
Cyclohexane
R-1 R-2
e-2F-1
Hydrogène
Eau
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Purification du cyclohexaneSéparateur flashTempérature d ’opération = 20oCPression d ’opération = 1 atmPureté du cyclohexane = 99.8% (mass.)Récupération du cyclohexane = 96.12% (mass.)
Simulation et diagramme Simulation et diagramme d ’écoulementd ’écoulement
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulementSimulationSimulationBilans de masseBilans de masseBilans d ’énergieBilans d ’énergie
Bilans de masseBilans de masse
Résultats de PRO/IIRésultats de PRO/II Bilans de masse globalBilans de masse global Bilans de masse reliés à chaque espèce chimiqueBilans de masse reliés à chaque espèce chimique Écart de de 2.25% entre les écoulements d'entrée et de sortieÉcart de de 2.25% entre les écoulements d'entrée et de sortie Production de cyclohexane = 372 barils / jourProduction de cyclohexane = 372 barils / jour Efficacité du procédé :Efficacité du procédé :
Benzène entrant dans le procédé = 2032.6 kg/heureBenzène entrant dans le procédé = 2032.6 kg/heure
Benzène sortant du procédéBenzène sortant du procédé = 4.88 kg/heure = 4.88 kg/heure
Efficacité = 99.8%
Diagramme d ’écoulementDiagramme d ’écoulement SimulationSimulation Bilans de masseBilans de masse Bilans d ’énergieBilans d ’énergie
Simulation et diagramme Simulation et diagramme d ’écoulementd ’écoulement
Bilans d ’énergieBilans d ’énergie
Résultats de PRO/IIRésultats de PRO/II Bilans d’énergie calculés pour Bilans d’énergie calculés pour
chaque unité du procédéchaque unité du procédé Écart de 0,85% entre les entrées Écart de 0,85% entre les entrées
et les sorties énergétiqueset les sorties énergétiques Demande énergétique de 11 000 Demande énergétique de 11 000
kW pour le procédé globalkW pour le procédé global
Dimensionnement des Dimensionnement des équipementséquipements
ColonnesColonnes Réservoir flashRéservoir flash Échangeurs de chaleurÉchangeurs de chaleur Réacteur à lit fluideRéacteur à lit fluide Réacteur à lit fixeRéacteur à lit fixe
Dimensionnement des Dimensionnement des
équipementséquipements ColonnesColonnes
4 colonnes identiques4 colonnes identiques– EXTRACT (C-1)EXTRACT (C-1)– STRIPPER (C-2)STRIPPER (C-2)– BZ RECOV 1 (C-3)BZ RECOV 1 (C-3)– BZ RECOV 2 (C-4)BZ RECOV 2 (C-4)
Déterminé à l ’aide de Déterminé à l ’aide de règles de pouce pour une règles de pouce pour une colonne de 20 plateaux colonne de 20 plateaux sieve.sieve.
2.5 m
12.0 m
Dimensionnement des Dimensionnement des
équipementséquipements Réservoir flash (F-1)Réservoir flash (F-1)
Le volume de Le volume de liquide ne doit pas liquide ne doit pas dépasser le 1/3 dépasser le 1/3 du volume du du volume du réservoir. réservoir.
Volume de liquide Volume de liquide déterminé par le déterminé par le débit entrant.débit entrant.
2.0 m
1.5 m
Dimensionnement des Dimensionnement des
équipementséquipements Échangeurs de chaleurÉchangeurs de chaleur
2 échangeurs de 2 échangeurs de chaleur superposés chaleur superposés (e1 et e2)(e1 et e2)
Déterminé par Déterminé par supposition à partir supposition à partir de la surface de la surface d ’échange requise d ’échange requise et des et des caractéristiques caractéristiques standards des tubes.standards des tubes.
3.66 m
0.55 m
0.2 m
Dimensionnement des Dimensionnement des
équipementséquipements Réacteur à lit fluide (R-1)Réacteur à lit fluide (R-1)
Déterminé à Déterminé à partir du débit à partir du débit à traiter.traiter.
2.5 m
1.5 m
Dimensionnement des Dimensionnement des
équipementséquipements Réacteur à lit fixe (R-2)Réacteur à lit fixe (R-2)
Déterminé à Déterminé à partir du débit à partir du débit à traiter.traiter.
2.0 m
1.0 m
Disposition des équipementsDisposition des équipements
RéservoirSulfolane
Réservoirtampon Bz
Colonne Extract Colonne StripperColonne Bz Recov
1Colonne Bz Recov
2Réacteur lit fluidisé Réacteur lit fixe
Réservoir flash
Isomérat
Eau derefroidissement
Traitement des eauxHydrogène
CYCLOHEXANE
LÉGERS
E1E2
Dimensions (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
0
2
3
4
5
6
7
8
1
Étude d'impactsÉtude d'impacts
GénéralitésGénéralités Impacts :Impacts : eaueau solsol airair santésanté sécuritésécurité
Étude d'impactsÉtude d'impacts GénéralitésGénéralités
Tout fonctionne en circuit fermé Tout fonctionne en circuit fermé aucun rejet de produits chimiques.aucun rejet de produits chimiques.
La chaleur émise par l'eau est traitée La chaleur émise par l'eau est traitée dans une tour de refroidissement dans une tour de refroidissement qu'Ultramar dispose déjà.qu'Ultramar dispose déjà.
Étude d'impactsÉtude d'impacts Impacts sur l'eauImpacts sur l'eau
En cas de déversement…En cas de déversement…
Cyclohexane:Cyclohexane:Potentiel de bio-accumulation Potentiel de bio-accumulation
élevé.élevé.
Produits de décomposition Produits de décomposition toxiques.toxiques.
HydrocarburesHydrocarbures
Marée noireMarée noire
Étude d'impactsÉtude d'impacts Impacts sur le solImpacts sur le sol
En cas de En cas de déversement…déversement…
Hydrocarbures et Hydrocarbures et sulfolane sulfolane Accumulation dans le Accumulation dans le sol.sol.
Toxique pour la flore.Toxique pour la flore.
Étude d'impactsÉtude d'impacts Impacts sur l'airImpacts sur l'air
En cas de déversement…En cas de déversement…
Composés organiques Composés organiques volatiles:volatiles:
benzènebenzène
cyclohexanecyclohexane
hydrocarburehydrocarbure
sulfolanesulfolane
Étude d'impactsÉtude d'impacts Impacts sur la santéImpacts sur la santé
Benzène Cyclohexane Sulfolaneoui oui ouiouioui
Caractéristiquestoxique
cancérigènemutagène
Étude d'impactsÉtude d'impacts Impacts sur la sécuritéImpacts sur la sécurité
Matériel très inflammable Matériel très inflammable soumis à de strictes soumis à de strictes règlements.règlements.
L'usine d'Ultramar déjà L'usine d'Ultramar déjà conforme.conforme.
Coûts directs Facteur MontantAchat des équipements 1.00 490 486.59 $ Transport des équipements 0.14 67 537.98 $ Installation des équipements 0.36 175 598.76 $ Instrumentation et contrôle 0.18 88 287.59 $ Tuyauterie 0.30 147 145.98 $ Équipement électrique 0.30 147 145.98 $ Bâtiment 0.18 88 287.59 $ Aménagement du site 0.10 49 048.66 $ Infrastructure 0.10 49 048.66 $ Solvant (Sulfolane) 0.03 12 650.96 $ Total 2.68 1 315 238.74 $
Analyse économique des coûts directs
Coûts indirects Facteur MontantIngénierie 0.10 49 048.66 $ Construction 0.10 49 048.66 $ Frais de contracteurs 0.05 24 524.33 $ Contingence 0.10 49 048.66 $ Total 0.35 171 670.31 $
Analyse économique des coûts indirects
Coûts directs Facteur MontantMatières premières
Hydrogène 1.96 960 439 $
Solvant 0.03 12 651 $
Catalyseur pour hydrogénation 0.02 12 153 $
Total Matières premières 2.01 985 243 $ Électricité 6.71 3 290 124 $ Eau de refroidissement 0.02 12 153 $ Main d'œuvre 0.43 210 000 $ Superviseur 0.30 147 000 $ Entretien 0.31 150 758 $ Frais généraux 0.52 253 879 $ R&D 0.15 75 379 $ Assurances 0.15 75 379 $
Total 10.60 5 199 913 $
Analyse économique des coûts d'opération
Analyse économique
Coûts MontantTotal Capital fixe 1 507 575.24 $ Total coûts directs 1 335 904.93 $ Total coûts indirects 171 670.31 $ Total des coûts d'opération 5 226 100.35 $
Total des coûts 6 733 675.58 $
Coût d'augmentation du baril 2.59 $
Coût d'augmentation du litre 0.02 $
Résumé
Flux monétaireFlux monétaire
Amortissement équipementTableau de dépréciation, CCA catégorie 43 (K=30%)
Année CCAn FNACC0 490 486.59 $1 73 572.99 $ 416 913.60 $2 62 537.04 $ 354 376.56 $3 53 156.48 $ 301 220.08 $4 45 183.01 $ 256 037.07 $5 38 405.56 $ 217 631.51 $6 32 644.73 $ 184 986.78 $7 27 748.02 $ 157 238.76 $8 23 585.81 $ 133 652.95 $9 20 047.94 $ 113 605.01 $10 17 040.75 $ 96 564.26 $11 14 484.64 $ 82 079.62 $12 12 311.94 $ 69 767.67 $13 10 465.15 $ 59 302.52 $14 8 895.38 $ 50 407.15 $15 7 561.07 $ 42 846.07 $16 6 426.91 $ 36 419.16 $17 5 462.87 $ 30 956.29 $18 4 643.44 $ 26 312.84 $19 3 946.93 $ 22 365.92 $20 3 354.89 $ 19 011.03 $
Amortissement bâtimentTableau de dépréciation, CCA (K=4%)
Année CCAn FNACC0 88 287.59 $1 1 765.75 $ 86 521.84 $2 1 730.44 $ 84 791.40 $3 1 695.83 $ 83 095.57 $4 1 661.91 $ 81 433.66 $5 1 628.67 $ 79 804.99 $6 1 596.10 $ 78 208.89 $7 1 564.18 $ 76 644.71 $8 1 532.89 $ 75 111.81 $9 1 502.24 $ 73 609.58 $10 1 472.19 $ 72 137.39 $11 1 442.75 $ 70 694.64 $12 1 413.89 $ 69 280.75 $13 1 385.61 $ 67 895.13 $14 1 357.90 $ 66 537.23 $15 1 330.74 $ 65 206.48 $16 1 304.13 $ 63 902.35 $17 1 278.05 $ 62 624.31 $18 1 252.49 $ 61 371.82 $19 1 227.44 $ 60 144.38 $20 1 202.89 $ 58 941.50 $
Calcul de l'intérêtAnnée Balance init. Intérêt Remb.capital Balance
1 5 050 257 505 026 88 176 4 962 081 2 4 962 081 496 208 96 993 4 865 088 3 4 865 088 486 509 106 692 4 758 395 4 4 758 395 475 840 117 362 4 641 034 5 4 641 034 464 103 129 098 4 511 936 6 4 511 936 451 194 142 008 4 369 928 7 4 369 928 436 993 156 208 4 213 720 8 4 213 720 421 372 171 829 4 041 891 9 4 041 891 404 189 189 012 3 852 878
10 3 852 878 385 288 207 913 3 644 965 11 3 644 965 364 496 228 705 3 416 260 12 3 416 260 341 626 251 575 3 164 685 13 3 164 685 316 468 276 733 2 887 952 14 2 887 952 288 795 304 406 2 583 546 15 2 583 546 258 355 334 847 2 248 699 16 2 248 699 224 870 368 331 1 880 368 17 1 880 368 188 037 405 164 1 475 204 18 1 475 204 147 520 445 681 1 029 523 19 1 029 523 102 952 490 249 539 274 20 539 274 53 927 539 274 0
Versement = 593 201.26 $
n0 1 3 5 8 14 18 19 20
États des résultats
OpérationsBénéfices nets 1 824 072.41 $ 1 849 424.56 $ 1 873 619.83 $ 1 911 090.33 $ 2 006 927.75 $ 2 101 588.68 $ 2 130 557.94 $ 2 163 293.92 $Amortissement total 75 338.74 $ 54 852.31 $ 40 034.23 $ 25 118.71 $ 10 253.28 $ 5 895.93 $ 5 895.93 $ 4 557.78 $
InvestissementInvestissement -6 733 675.58 $Valeur de récupération de l'équipement 19 011.03 $Valeur de récupération du bâtiment 58 941.50 $Fond de roulement -1 476 468.00 $
Financement 5 050 256.69 $Capital à rembourser 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $ 88 175.59 $
Flux monétaire net ($CAN) -3 159 886.90 $ 1 811 235.56 $ 1 816 101.28 $ 1 825 478.47 $ 1 848 033.45 $ 1 929 005.45 $ 2 019 309.02 $ 2 048 278.28 $ 2 157 628.64 $
Valeur présente nette: 7 323 860.45 $TRI(%)= 57.52%
Informations généralesTaux d'imposition combiné 35%Investissement total 8 210 143.58 $ Investissement bâtiment 88 287.59 $ Investissement équipement 490 486.59 $Taux A.C.C. bâtiment (catégorie 1) 4%Taux A.C.C. équipement (catégorie 43) 30%Prix de revente de l'équipement (4% de l'investissement initial) 19 011.03 $Prix de revente des bâtiments (67% de l'investissement initial) 58 941.50 $Prêt (versements égaux = durée de 20 ans - 75% de l'investissement total) 5 050 256.69 $Intérêt réel sur le prêt (%) 10Versement annuel pour le prêt 593 201.26 $Fonds de roulement 1 476 468.00 $Revenus annuels 8 612 730.00 $Vie économique (ans) 20TRAM 15%
Étude de sensibilitéÉtude de sensibilité
Facteur Variation Variation du TRI (%) Variation relative (%)Prix du cyclohexane 10% 14 24Taux d'intérêt 10% 0.8 1.4Montant du prêt 10% 7.6 13Taux d'imposition 10% 3.1 5.4
ConclusionConclusion
Le taux de conversion du Le taux de conversion du benzène est de 99.8% massique benzène est de 99.8% massique
Pas de rejets => circuit ferméPas de rejets => circuit fermé Respect de la norme concernant Respect de la norme concernant
le benzène (0.47% vol. < 1% le benzène (0.47% vol. < 1% vol.)vol.)
TRI 58% => projet rentableTRI 58% => projet rentable Prix du cyclohexane grande Prix du cyclohexane grande
influence sur la rentabilitéinfluence sur la rentabilité