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jacqui-lelong
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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