Étude d'ingénierie préliminaire pour la production du cyclohexane

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1 Étude d'ingénierie préliminaire pour la production du cyclohexane
CYCLO DESIGN

2 Description du projet $$ $$ $$ $$ Janvier ’99 nouvelle norme
- Benzène dans essence < 1% vol. - Actuellement 1.3 % vol. Marché pétrochimique - Cyclohexane matière première du nylon - Client potentiel: Dupont Solution  transformer le Bz en cyclohexane $$ $$ $$ $$

3 Description du projet Mandat Étapes du projet - Extraire le benzène
- Produire du cyclohexane Étapes du projet - Recherche de données et d’informations - Simulation - Choix et localisation des équipements - Analyse économique - Étude d’impacts environnementaux

4 Technologies utilisées
Extraction du benzène Distillation extractive Principes de base - Procédés industriels GTC-Glitsch IFP Distapex Sulfolane

5 Technologies utilisées
Hydrogénation Principes de base Procédés industriels UOP IFP

6 Résultats des simulations
Introduction - Simulation Choix du logiciel Aspen Résultats des simulations OPTION A- 4.7 % de Bz sortie du reformer OPTION B- 12 % de Bz sortie du reformer -Extraction primaire existante -Procédé UOP- Sulfolane -Procédé Distapex -Hydrogénation -Extraction primaire améliorée -Procédé UOP- Sulfolane

7 Résultats Extraction Benzène Option A

8 ? Reformer Écoulements de sortie:
Actuel : 4.7 % de benzène dans l ’écoulement sortant du reformer ? Extraction primaire

9 Extraction Primaire Isomérat Isomérat Distillation extractive Naphta
Essence Reformate Splitter Isomérat Naphta Reformer Naphta Splitter Extraction primaire

10 Reformate Splitter Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral
Sorties: Entrée: l’ écoulement provenant du reformer Bz = 693 bbl/jr Bz = 27.4 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 653 bbl/jr C6 = 180 bbl/jr Bz = 12 bbl/jr C7 = 304 bbl/jr Extraction primaire

11 Reformate Splitter Condenseur: - Temp.: 44 ºC
- Énergie: kW (21.8 MMBTU/h) Diamètre: 3.4 m (11 pi) Plateaux : 67 Rebouilleur: - Temp.: 166 ºC - Énergie: kW (36.5 MMBTU/h) Reflux = 4 volume std Extraction primaire

12 Résultats UOP-Sulfolane Option A

13 Procédé Sulfolane Eau Isomérat Traitement des eaux Sulfolane
Benzène 98.7% Eau Purification Sulfolane Col. Extract Col. Rafwash Col. Stripper Col. Bzrecov Col. Recupraf Isomérat Décanteur Sulfolane Écoulement latéral du Reformate Splitter Sulfolane

14 Colonne Extract 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: Entrées:  Eau/Sulfolane: 1.3% mass. Bz = 110 bbl/jr C4-C5-C6 C7 = 40 bbl/jr Sulfolane= bbl/jr Écoulement latéral du Ref. Splitter Écoulement de recirc. du Stripper Bz = bbl/jr C7 =105 bbl/jr Sulfolane = bbl/jr Sulfolane

15 Colonne Extract Condenseur: - Temp.: 49 ºC
- Énergie: kW (8.3 MMBTU/h) Diamètre: 1.5 m (5 pi) Plateaux : 74 Rebouilleur: - Temp.: 111 ºC - Énergie: kW (3.5 MMBTU/h) Reflux = 1.1 massique Sulfolane

16 Écoulement lourd de la colonne extract
Colonne Stripper Rôle : - Recirculation  amélioration pureté - Épurer le Sulfolane contenant du benzène Sorties: Entrée: Écoulement lourd de la colonne extract Bz = 695 bbl/jr C7 Bz = 167 bbl/jr Sulfolane = bbl/jr Bz = 375 bbl/jr Sulfolane = 254 bbl/jr Sulfolane

17 Colonne Stripper Condenseur: - Temp.: 59 ºC
- Énergie: 790 kW (2.7 MMBTU/h) Diamètre: 1.1 m (3.5 pi) Plateaux : 43 Rebouilleur: - Temp.: 122 ºC - Énergie: 675 kW (2.3 MMBTU/h) Reflux = 0,4 massique Sulfolane

18 Écoulement lourd provenant du Stripper
Colonne Bzrecov Rôle : Séparer le benzène du solvant Sorties: Bz = 530 bbl/jr Pureté % vol Entrée: Écoulement lourd provenant du Stripper Bz = 13 bbl/jr Toluène Sulfolane = bbl/jr Sulfolane

19 Colonne Bzrecov Condenseur: - Temp.: 35 ºC
- Énergie: kW (4.8 MMBTU/h) Diamètre: 1.8 m (6 pi) Plateaux : 54 Pression : 0.2 atm Rebouilleur: - Temp.: 163 ºC - Énergie: kW (5.6 MMBTU/h) Reflux = 3 massique Sulfolane

20 Rôle : Laver le solvant Sulfolane
Colonne Rafwash Rôle : Laver le solvant Sulfolane Entrée:  Eau = lb/ hr Écoul. léger de la colonne Extract Sulfolane = bbl/jr Sorties: Bz = 110 bbl/jr C4 C5 C6 Eau = 540 bbl/jr Bz = 0 bbl/jr C7 Sulfolane = bbl/jr Sulfolane

21 Colonne Rafwash Condenseur: - Temp.: 34 ºC
- Énergie: kW (12.2 MMBTU/h) Diamètre: 2.3 m (7.5 pi) Plateaux : 54 Rebouilleur: - Temp.: 150 ºC - Énergie: kW (14.2 MMBTU/h) Reflux = 3 massique Sulfolane

22 Colonne Recupraf Rôle : Enlever les hydrocarbures du Sulfolane
Entrées: Sorties: Bz = 13.1 bbl/jr C7 , Toluène Eau = 233 bbl/jr Eau lb / hr Sulfolane provenant du bas de la col. Bzrecov Sulfolane provenant du bas de la col. Rafwash Eau = 369 bbl/jr Sulfolane = bbl/jr Sulfolane

23 Colonne Recupraf Condenseur: - Temp.: 78 ºC
- Énergie: kW (4.1 MMBTU/h) Diamètre: 0.9 m (3 pi) T = 1 ºC Plateaux : 40 Rebouilleur: - Temp.: 79 ºC - Énergie: 660 kW (2.25 MMBTU/h) Reflux = 1 volume std Sulfolane

24 Décanteur Rôle : Séparer l’eau des hydrocarbures Sulfolane Entrée:
Légers des colonnes de lavage Sorties:  Hydrocarbures  Eau propre Sulfolane

25 Décanteur Volume: 20 m3 Temps de séjour: 60 min. Sulfolane

26 Évaporateur Rôle : Séparer l ’eau du Sulfolane
pour le retourner au procédé Sulfolane / eau = 1.3 % Sorties: Entrée: Sulfolane / eau = 9 % Sulfolane

27 Procédé Sulfolane Calcul du % vol. de bz dans l’essence
bbl / jr d’essence produit 1.3 % vol. de benzène Vol. bz total = bbl / jr Vol. bz extrait = bbl / jr Vol. de bz dans l’essence = bbl / jr % vol. bz = 0.48 %

28 Résultats Distapex Option A

29 Procédé Distapex N-Méthyl pyrrolidone Isomérat Reformate Splitter
Bz 77% vol. Col. RadFrac 1 Col. RadFrac 2 Distapex

30 Résultats Extraction primaire Option B

31 Résultats des simulations
Rappel des options Résultats des simulations OPTION A- 4.7 % de Bz sortie du reformer OPTION B- 13 % de Bz sortie du reformer -Extraction primaire existante -Procédé UOP- Sulfolane -Procédé Distapex -Hydrogénation -Extraction primaire améliorée -Procédé UOP- Sulfolane

32 Option 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

33 Extraction Primaire Isomérat Distillation extractive Isomérat Essence
Reformate Splitter Colonne 2 Naphta Reformer Naphta Splitter Extraction primaire

34 Colonne Naphta Splitter
Rôle : Envoyer le Bz avec les légers pour les récupérer avec la colonne2 Entrée:  2 écoulements fournis  Entrée standard moy. Bz = 416 bbl/jr Sorties: Bz = 341 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 75 bbl/jr C7-C8-C9 Extraction primaire

35 Colonne Naphta Splitter
Condenseur: - Temp.: 41 ºC - Énergie: kW (13.87 MMBTU/h ) Diamètre: 4.57 m (15 pi) Plateaux : 40 Rebouilleur: - Temp.: 148 ºC - Énergie: kW (54.0 MMBTU/h) Reflux = 0,75 massique Extraction primaire

36 Colonne 2 Rôle : Envoyer le benzène en bas @ 98 % Extraction primaire
Sorties: Entrée: les légers du Naphta Splitter Bz = 341 bbl/jr Bz = 7 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 334 bbl/jr C7-Cyclohexane Extraction primaire

37 Colonne 2 Condenseur: - Temp.: 39 ºC
- Énergie: kW (81.6 MMBTU/h) Diamètre: 5.8 m (19 pi) Plateaux : 80 Rebouilleur: - Temp.: 82 ºC - Énergie: kW (58.4 MMBTU/h) Reflux = 4,75 massique Extraction primaire

38 ? Reformer Écoulements de sortie:
Tout le cyclohexane se transforme en benzène 90% du mcyclopentane se transforme en benzène ? Débit sortant = 73.6% volumique débit entrant Extraction primaire

39 Reformate Splitter Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral
Sorties: Entrée: l’ écoulement provenant du reformer vol. Bz= bbl/jr Bz = 25 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = bbl/jr Bz = 8 bbl/jr Extraction primaire

40 Reformate Splitter Condenseur: - Temp.: 39 ºC
- Énergie: kW (26.8 MMBTU/h) Diamètre: 3.4 m ( 11 pi) Plateaux : 67 Rebouilleur: - Temp.: 166 ºC - Énergie: kW (37.4 MMBTU/h) Reflux = 6 std volume Extraction primaire

41 Résultats UOP-Sulfolane Option B

42 Procédé Sulfolane Reformate Splitter Col. Extract Sulfolane Sulfolane

43 Colonne Extract Rôle : - Mettre en contact le Bz et le solvant
- Permet l’épuration de l ’écoulement de recirculation de la col. Stripper Entrées: Sorties:  Eau/Sulfolane: 1.3% mass. Bz= 123 bbl/jr C4-C5-C6 Sulfolane= 2 344bbl/jr Écoulement latéral du Reformate Splitter Recirc. de Stripper Bz = bbl/jr Sulfolane = bbl/jr Sulfolane

44 Colonne Extract Condenseur: - Temp.: 63 ºC
- Énergie: kW (4.47 MMBTU/h) Diamètre: 1.1 m ( 3.5 pi) Plateaux : 74 Rebouilleur: - Temp.: 88 ºC - Énergie: 950 kW (3.25 MMBTU/h) Optimisation avec boucle de recyclage Reflux = 0.6 mol. Sulfolane

45 Option A vs Option B OPTION A- OPTION B- 4.7 % de Bz 12 % de Bz
sortie du reformer OPTION B- 12 % de Bz sortie du reformer -REFSPLIT Sorties à l’isomérat légers = bbl Bz/jr 2 944 bbl tot/jr Lourd = 12 bbl Bz/jr 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 -REFSPLIT Sorties à l’isomérat légers = 24.8 bbl Bz/jr 2 636 bbl tot/jr Lourd = 8 bbl Bz/jr bbl tot/jr Côté B = bbl Bz/jr 3 535 bbl tot/jr - EXTRACT légers = 123 bbl Bz/jr 3 475 bbl tot/jr

46 Résultats Hydrogénation Option A

47 Hydrogénation Légers Hydrogène Benzène Cyclohexane 98.6% mol.
Réacteur lit fluidisé Réacteur lit fixe Colonne Décanteur Hydrogénation Hydrogénation

48 Réacteur à lit fluidisé
Rôle : convertir le benzène en cyclohexane Sorties: Mélange gazeux vers deuxième réacteur Hydrogène Benzène Entrées: Température: 250 ºC Pression: 3000 kPa Catalyseur: Platine ou nickel Énergie à retirer: 5.58 MMBTU/HR Hydrogénation

49 Réacteur à lit fixe Rôle : compléter la réaction d’hydrogénation
Entrée: Mélange gazeux du premier réacteur Pression: 3000 kPa Température: 250 ºC Catalyseur: platine ou nickel Sorties: Cyclohexane Légers Énergie retirée: 2.16 MMBTU/HR Hydrogénation

50 Colonne Rôle : séparer le cyclohexane des légers Pression: 517 kPa
Sorties: haut: Légers Cyclohexane 0.08 bbl/Jour Pression: 517 kPa Température: haut = 39 °C bas = 147 °C Nombre de plateaux: 10 Entrée: Mélange cyclohexane Cyclohexane = 608 bbl / jr Pureté % vol Hydrogénation

51 Matériaux Matériau des colonnes et des plateaux: - Acier au carbone
Matériau des rebouilleurs et condenseurs: - Acier au carbone Attention aux rebouilleurs des colonnes de lavage  température de 220 ºC

52 Type de rebouilleurs Fournaise - Selon la température
- Pour les colonnes REFSPLIT BZRECOV Rebouilleurs shell and tubes - Fluide caloporteur Une source d ’énergie est disponible à l’hydrogénation

53 Type de condenseurs Aérorefroidisseurs - Selon la température
Échangeurs de chaleur shell and tubes - Fluides caloporteurs

54 Autres équipements Pompes - Type centrifuge Réservoirs - Toit flottant

55 Localisation des équipements

56 Localisation des équipements
Unité d’isomérisation Unifineur de Naphta lourd Unité de Polymérisation N

57 Localisation des réservoirs

58 Localisation des réservoirs

59 Localisation des équipements

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

61 Description du milieu récepteur
Pop. rayon 32 km: Pop. immédiate St-Romuald:

62 Description du milieu récepteur
Direction des vents N E S O

63 Description du milieu récepteur

64 Description du milieu récepteur
Températures

65 Potentiels critiques et correctifs
Benzène: cancérogène Au décanteur Aux réservoirs Tensions de vapeur entre 10 et 76 kPa Au quai de chargement Récupération de vapeur

66 Rappels Certificat d’autorisation du M.E.F.Q.
- Obligatoire Étude d’impact environnemental selon les exigences particulières du Ministère Étude de dispersion atmosphérique des contaminants et autres recherches

67 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

68 Étude de marché Coût du benzène 0.70 @ 1.50 $ US/gall1993
Actuellement de 1.00$US/gal Coût du cyclohexane 25% plus élevé que celui du Bz Potentiel du benzène Aucun marché au Canada Exploitation du produit aux États-Unis Potentiel du cyclohexane Aucun producteur au Canada Dupont utilise 35 millions par année Actuellement acheté aux États-Unis

69 Transport Selon les possibilités Vente du benzène
Transformation du Bz et vente du cyclohexane produit

70 Transport - Vente du Bz Itinéraire : St-Romuald @ Three Rivers, TX
Type de transport : bateaux Fréquence des envois : 14 jours Capacité des envois : bbl Durée du trajet : heures Coûts annuels : $US

71 Transport - Vente du C6H12 Itinéraire : St-Romuald @ Maitland, Ontario
Type de transport : train Fréquence des envois : 14 jours Capacité des envois : USG/wagon Durée du trajet : 250 heures Coûts annuels : $US

72 Hypothèses de travail Choix des équipements Neuf
Acquisition du terrain Aucun Revenus projetés Selon l ’option Vie économique du projet 20 ans Taux d ’imposition 35 % Financement du projet 30 % -versements égaux 8 % d ’intérêt Taux de rendement acceptable minimum 15% Taux de change 1.42 $ CAN / 1$ US Taux d’inflation Aucun Fond de roulement 60 jours du coût livré de la matière première

73 Analyse Économique Réalisation du chiffrier
Excel Résultats de l ’analyse de rentabilités Option A Option B

74 Analyse Économique Option A

75 Coûts d’investissements
Investissement équipements Procédé Sulfolane $ Hydrogénation $ $ Investissement pour les bâtiments $ Investissement capital total coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement $

76 Coûts d’opérations par année
Matières premières + dépenses directes et indirectes $ Coûts par gallon de cyclohexane produit 68 ¢ / gal

77 Revenus des ventes/année - Option A
608 bbl/jour gal/an $ Prix de vente ($ constants) $/gal

78 Informations supplémentaires
Taux de change américain Taux d ’imposition combiné % Taux A.C.C. - Bâtiments % Taux A.C.C. - Équipements % Prêt (versements égaux, 8 ans, 30% de l ’inv. Capital total) $ Intérêt réel sur le prêt % Versements annuels (prêt) $ Fond de roulement $ Vie économique ans T.R.A.M %

79 Résultats -Option A

80 Analyse Économique Option B

81 Coûts d’investissements- OptionB
Investissement équipements Procédé Sulfolane $ Hydrogénation $ $ Investissement pour les bâtiments $ Investissement capital total coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement $

82 Revenus des ventes/année - Option B
1 824 bbl/jour gal/an $ Prix de vente ($ constants) $/gal

83 Résultats - Option B

84 CONCLUSION Extraction du benzène de l ’essence
Hydrogénation du benzène en cyclohexane au prix de : 71 ¢ / gallon

85 Groupes de travail SIMULATION N. Mongrain CHOIX ÉQUIPEMENTS D. Côté
D. Lacroix D. Côté P. Dubé A. Richer G. Laflamme I. Laroche F. Tremblay ANALYSE ÉCONOMIQUE F. Bélisle ENVIRONNEMENT C. Demers L. Bassani D. Beaumier S. Couture V. Tu F. Denis I. Robert M. Rousseau M. Verronneau J. Béland M.J. Luo N. Proulx