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Le peroxyde dhydrogène par oxydation de lanthraquinol 44e promotion de Génie Chimique Université de Sherbrooke Décembre 2002.

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1 Le peroxyde dhydrogène par oxydation de lanthraquinol 44e promotion de Génie Chimique Université de Sherbrooke Décembre 2002

2 Plan de la présentation Introduction et objectifs du projet Marchés ciblés Technologies de production du peroxyde Bilans de masse Analyse de risques Choix du site

3 Plan de la présentation (suite) Critères de qualité des effluents Analyse de risques industriels majeurs Analyse économique Analyse de sensibilité Mot de la fin

4 Introduction Janvier 2002 : annonce de grands investissements de la compagnie Atofina –50 millions de dollars –Usine de Bécancour –Augmenter sa capacité de production

5 Introduction (suite) Le peroxyde dhydrogène (H 2 O 2 ) est utilisé de plus en plus dans lindustrie des pâtes et papier pour le blanchiment de la pâte Demande croissante due aux restrictions environnementales pour les produits chlorés

6 Objectifs du projet Étude dingénierie préliminaire pour la construction dune usine de H 2 O 2 – tonnes (70 % )/année –Technologie par oxydation de lanthraquinol –Usine au Québec –Marché : pâtes et papier

7 Objectifs du projet (suite) Produire un peroxyde de qualité Procédé sécuritaire Respect de lenvironnement Usine rentable

8 Sous - objectifs du projet Gestion de projet Choix et dimensionnement des différentes unités Analyse économique Analyse de risques Normes environnementales

9 Étude de marché Par : François Perron

10 Plan Applications du peroxyde dhydrogène Offre mondiale Demande mondiale Marché visé Capacité de lusine

11 Application du H 2 O 2 Pâte à papier agent de blanchiment Industrie textile agent de blanchiment Industrie chimique réactif pour la synthèse de produits Pharmacie et médecine désinfectant Industrie alimentaire stérilisant Environnement traitement de leau potable Métallurgie Traitement des surfaces

12 Application du H 2 O 2 SecteurPart du marché Pâtes et papiers70 % Industrie textile10 % Industrie chimique et pharmaceutique 10 %

13 Demande mondiale de peroxyde Dans les dernières années laugmentation annuelle de la demande mondiale de peroxyde dhydrogène était de 7 à 8 % Cette année la demande devrait connaître une croissance pour se situer à 5 % Une augmentation de lordre de 4 à 5 % de la demande de peroxyde dhydrogène est prévue cette année dans le domaine des pâtes et papiers

14 Demande mondiale de peroxyde Amérique du Nord –Augmentation du marché de 3 à 4 % cette année Europe –Augmentation du marché de 2,5 % pour les 5 prochaines années Asie – Pacifique –Stable de 1994 à 1998, mais devrait connaître une augmentation de 1 % dici lannée 2003 Amérique du Sud –Information non-disponible, mais lAmérique du Sud est la région du monde où lindustrie des pâtes et papier est la plus prospère

15 La demande Dans plusieurs pays, dont les États-Unis et plusieurs communautés dEurope : –adoption ou projets de lois pour minimiser lutilisation des produits de blanchiment contenant du chlore

16 Offre mondiale de peroxyde

17 Emplacements des 5 plus grands producteurs de peroxyde

18 Marché Visé Industrie des pâtes et papiers du Nord-Est de lAmérique du Nord –Québec –Ontario –Nord-Est des États-Unis

19 Marché des pâtes et papier du Québec à 50%: tonnes/an Marché des pâtes et papiers canadiens à 30%: tonnes/an Marché des pâtes et papiers américain à 5%: tonnes/an Marché des industries autres à 30% canadien: tonnes/an Total: tonnes de peroxyde dhydrogène (70%) par année Capacité de lusine envisagé

20 Description du procédé Par : André LeBlanc

21 Méthode compétitive Électrolyse On-Site: O 2 + H 2 O + 2e- OOH - + OH - Nouvelle Technologie Investissements coûteux Anthraquinone Technologie connue Méthode actuellement utilisée

22 Chimie du procédé

23 Solution de travail Une solution = Une usine Composition déterminante Solvants polaires Solvants non-polaires Changement de composition dans le procédé

24 Composition initiale de la solution de transport Composant % massique 2-EAQ 13 TMB29 Alcool C 9 -C 11 58

25 Hydrogénation de 2-EAQ Grande utilisation du H 2 ( > 90% ) Nécessité de conserver le catalyseur dans le réacteur Conversion à 70 % pour limiter les formes non désirables de quinones ( haut ratio anthra/tetra) Réacteur à trois phases Débit dhydrogène en excès et système de récupération

26 Oxygénation de 2-EHAQ Utilisation de lair extérieur Pression dopération à 3 atm pour maximiser le transfert de masse Utilisation à % de loxygène Très grande demande énergétique des compresseurs Conversion de 90 % Colonne garnie

27 Extraction Concentration du peroxyde à 1,5 % massique à lentrée Concentration à la sortie de 35 % massique Extraction de plus de 95 % du peroxyde Débit deau de 30 à 50 fois supérieur que la solution de travail Colonne à plateaux «Sieve»

28 Régénération et filtration Régénération –Élimination et régénération des quinones désuètes –Catalyseur dalumine Filtration -Empêche dépandre le catalyseur dans le procédé

29 Distillation Concentration du peroxyde à 70 % massique à la sortie Colonne à plateaux Distillation sous vide (5 à 15 kPa)

30 Services Traitement leau: –Échangeurs dions –Déionisation Traitement des effluents Production dhydrogène Bouilloire à vapeur

31 Bilans de matière Par : Guillaume Simard

32 Débit dentrées et de sorties des unités Unité de production dhydrogène Unité de production deau déionisée Unité dhydrogénation Unité doxydation Unité dextraction Unité de traitement des eaux

33 Unité de production dhydrogène

34 3635 kg/hr de gaz naturel (5280 m 3 /hr) kg/hr dair ( m 3 /hr) kg/hr deau déminéralisée (15 m 3 /hr) kg/hr de vapeur ( m 3 /hr) kg/hr de résidus de combustion ( m 3 /hr) 736 kg/hr dhydrogène (441 m 3 /hr)

35 Unité de production deau déionisée

36 kg/hr deau de la ville (20 m 3 /hr) 4000 kg/hr deau DI pour extr. (4 m 3 /hr) kg/hr deau DI pour H 2 (15 m 3 /hr) 1150 kg/hr deau pour régén. (1.2 m 3 /hr)

37 Unités de production principales

38 Unité dhydrogénation kg/hr de solution de transport (720 m 3 /hr) 737 kg/hr dhydrogène kg/hr de solution hydrogénée (720 m 3 /hr) 180 kg/hr dhydrogène 557 kg/hr dhydrogène (6112 m 3 /hr)

39 Unité doxydation kg/hr de solution hydrogénée (720 m 3 /hr) kg/hr dair (5380 m 3 /hr) kg/hr de solution de transport (720 m 3 /hr) kg/hr dair (3797 m 3 /hr)

40 Unité dextraction S. T. de Loxydation

41 Unité dextraction/distillation kg/hr de solution de transport avec peroxyde (720 m 3 /hr) kg/hr deau déionisée (3.4 m 3 /hr) kg/hr de solution de transport (720 m 3 /hr) kg/hr de peroxyde dhydrogène (10.7 m 3 /hr) 170 kg/hr deau à traiter (0.2 m 3 /hr)

42 Traitement des eaux

43 Unité de traitement des eaux kg/hr deau à traiter (16 m 3 /hr) 2000 kg/hr deau de regénération (2 m 3 /hr) 2856 kg/hr dair (2.9 m 3 /hr) 177 kg/hr de boues kg/hr deau traitée (16 m 3 /hr) 1 kg/hr de polymère

44 Analyse de risques Par : Marc Leduc

45 Analyse des risques Mandats principaux –Assurer la sécurité des travailleurs –Assurer la sécurité du public –Protéger lenvironnement –Minimiser les coûts engendrés par des incidents Mandats parallèles –Procédures de démarrage et darrêt –Numérotation des équipements –Diagrammes de procédés

46 Analyse des risques Risques associés… –Aux produits chimiques –Au procédé –Aux équipements du procédé Outils ? –MSDS, Matrice dinteraction –Diagrammes découlement à jour –Check list What If

47 Analyse des risques What If : Vérifier que le procédé, les équipements et la séquence de ceux-ci sont sécuritaires par design Moins formel que le HAZOP Discussion et modification aux équipements et aux diagrammes découlement –Ajout déquipements –Critères de design à considérer (notés) Unité dhydrogénation considérée plus en détail

48 Choix du site Disposition Critères de qualité des effluents et CRAIM Par : Julie Néron Carl Graham et Hubert Cabana

49 Choix du site Choix: Parc de Salaberry- de-Valleyfield Raisons: –Proximité Pâtes &Papiers et autres marchés »Environnement »Industries chimiques »Vente dH 2 –Proximité États-Unis et Montréal –Commodités

50 Localisation de Salaberry- de - Valleyfield

51 Terrain 40 hectares Rues Misaine et Sabord Ligne ferroviaire Gaz naturel

52 Disposition des équipements Dimension de lusine: 212 X 440 m Terrain de m 2

53 Plan général de lusine

54 Plan de production deau déionisée

55 Critères de qualité des effluents retenus Aucun règlement –Article 20 de la Loi sur la qualité de lenvironnement du Québec Critères proviennent du : –Ministère de lenvironnement du Québec –Conseil canadien des Ministres de lEnvironnement

56 Critères de rejet retenus Effluents liquides Effluents gazeux

57 Analyse des risques daccidents industriels majeurs Substances identifiées comme étant dangereuses par le CRAIM

58 Analyse des risques daccidents industriels majeurs

59 Atténuation des impacts

60 Analyse économique Par : Stéphane Jubinville

61 Analyse économique Plan –Informer sur le fichier de comptabilité Hypothèses Choix de la méthode destimation Structure et fonctionnement Résultats –Paramètres retenus –Résultats Chiffres daffaires et % TRAM –Analyses de sensibilité

62 Analyse économique Hypothèses –Vente et prix de peroxyde et hydrogène stable sur 10 ans –Liquidation selon la loi de limposition –Aucune déductions fiscales sur les années déficitaires –Revenus de placement inexistants –Facteurs économiques tirés de la littérature valides pour lindustrie du peroxyde –Devise stable sur 10 ans –Linflation a été ignorée lors des calculs

63 Analyse économique Choix de la méthode de calculs –Calculs en utilisant comme base le coût des équipements pour lestimation de paramètres économiques du coût dinvestissement global et coût de production

64 Analyse économique Entrée de données Facteurs relatifs aux équipements Année des prix et transformation en $ actuels Quantité de matières premières Quantité d énergie Quantité de main-d oeuvre

65 Analyse économique Entrée de données –Choix des facteurs (littérature) IndicePourcentage InstallationVariable Isolation8 % Contrôle16 % Tuyauterie70 % Équip. électrique15 %

66 Analyse économique Coût de léquipement tout compris Section de lusineInvestissement ($CA) Génération dhydrogène $ Hydrogénation $ Oxydation $ Extraction/distillation $ Déionisation de leau $ Traitement des effluents $ Traitement de la solution de travail $ Équipements périphériques $ Total: $

67 Analyse économique Valeurs fixéesDurée Temps dentreposage M. P.30 jours Temps dentreposage produit7 jours Compte-clients30 jours Compte-fournisseurs30 jours Paiement intérêts de prêt30 jours Taxes1 an Salaires15 jours Nature du fond de roulement Montant ($ CAN) Actif $ Passif $ Total: $

68 Analyse économique Feuille de coût de production –Calcul du coût des opérations pour la production du peroxyde d hydrogène pour une année Coût directs –M. P., main-dœuvre, maintenance, services, etc. Frais fixes –Dépréciation, taxes, assurances, etc. Coût indirects –Services Dépenses générales –Administration, ventes, financement, RD –Entrées de données Facteurs reliées aux opérations

69 Analyse économique Feuille de coût de production –Calcul du coût des opérations pour la production du peroxyde d hydrogène pour une année Valeurs fixéesMontant ($CAN)Pourcentage Coût directs M. P., main-dœuvre, maintenance, services, etc $54 % Frais fixes Dépréciation, taxes, assurances, etc $20 % Coûts indirects $12 % Dépenses générales $14 % Total: $100 % Coût par TM de peroxyde 100 %:1 083 $N/A

70 Analyse économique Feuille de linvestissement global –Montant nécessaire à investir pour lensemble du projet

71 Analyse économique Valeurs fixéesCoût ($CAN) Coût directs généraux% approximatif déquip. Coût déquipements tout inclusN/A $ (48 M$) Bâtiment15 % $ Terrain1 % $ Infrastructure20 % $ Aménagement du site10 % $ Total $ Coût indirects généraux% approxim. capital fixe Ingénierie8 % $ Dépenses construction3 % $ Frais contracteurs7 % $ Contingence8 % $ Démarrage9 % $ Total $ Fond de roulementN/A $ Total investissement global+ ou - 30% $

72 Analyse économique Feuille du calcul du TRAM –Calcul du rendement sur l investissement de l entreprise Données des revenus, dépenses, dépréciation, intérêts sur le prêt, etc.

73 Analyse économique Feuille du calcul du TRAM –Entrée de données: Prix de vente du peroxyde dhydrogène: 2400$ CAN/TM Production totale annuelle TM / an Montant revenant de la vente dhydrogène Période de l analyse économique10 ans Taxes40 % Pourcentage de dépréciation(loi impôt) –Équipements 30 % –Bâtiment 4 % Pourcentage dintérêts 7 % Pourcentage du prêt emprunté (61.8 M$)30 % Période de paiement du prêt5 ans

74 Analyse économique Chiffre daffaires annuel: $ CAN Pourcentage de TRAM obtenu: 21.06%

75 Analyse économique Analyse de sensibilité –Mêmes hypothèses que celles du fichier –Hypothèse supplémentaire Lanalyse de sensibilité est structurée de manière à faire varier quun paramètre à la fois

76 Analyses de sensibilité Facteurs critiques –Facteurs de décision Durée de remboursement de prêt, proportion dI.G. –Facteurs de marché Intérêts sur prêt, prix de peroxyde, gaz naturel, etc. –Facteurs de nature de procédés Avec ou sans hydrogène

77 Analyses de sensibilité Facteur de décisions administratives –Proportion du prêt sur investissement global

78 Analyses de sensibilité Impact en termes directs: Pourcentage de lI.G. en prêt Coût($CA) / TM de peroxyde % TRAM (-0.06%)+1.12% (0.0%) (+0.06%)-1.10%

79 Analyses de sensibilité Facteur de marché –Variation du prix du peroxyde dhydrogène

80 Analyses de sensibilité Impact en termes directs: Coût($CA) du peroxyde Coût($CA) / TM de peroxyde % TRAM % %

81 Analyses de sensibilité Facteur de nature de procédé –Production ou non dhydrogène –Modifications Considération dachat dhydrogène pur Enlèvement déquipement pour production H2 Élimination de lénergie nécessaire Modification de facteurs économique –aménagement du site, infrastructure, bâtiment, etc. Disparition du revenus de vente dhydrogène Main-dœuvre

82 Analyses de sensibilité Facteur de nature de procédé –Production ou non dhydrogène Nature du procédéCoût($CA) / TM de peroxyde % TRAM Production dhydrogène % Achat dhydrogène90840 %

83 Analyses de sensibilité Conclusion Importance des paramètres suivants: -Proportion de linvestissement global en prêt -Prix du peroxyde dhydrogène sur le marché -Production ou non dhydrogène

84 Analyses de sensibilité Conclusion Rentable Le choix de construire lusine avec ou sans production dhydrogène est un choix entre la capacité dautonomie et la rentabilité liée aux risques contractuels que comporte un partenariat.

85 Conclusion Étude préliminaire dune usine de peroxyde dhydrogène Capacité de production : TM/An Procédé Choisi :Procédé à lanthraquinone Investissement Global :159,4 M$CAN « Payback » :10 ans TRAM :21%

86 Remerciements M. Maher Boulos M. Jerzy W. Jurewicz Benoit Côté Les professeurs du département Les étudiants de la 44ième promo Atofina?

87 Fin Des questions?


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