Le peroxyde d’hydrogène par oxydation de l’anthraquinol

Présentation au sujet: "Le peroxyde d’hydrogène par oxydation de l’anthraquinol"— Transcription de la présentation:

1 Le peroxyde d’hydrogène par oxydation de l’anthraquinol
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 d’hydrogène (H2O2) est utilisé de plus en plus dans l’industrie 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 d’ingénierie préliminaire pour la construction d’une usine de H2O2 tonnes (70 % )/année Technologie par oxydation de l’anthraquinol Usine au Québec Marché : pâtes et papier

7 Objectifs du projet (suite)
Produire un peroxyde de qualité Procédé sécuritaire Respect de l’environnement 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 d’hydrogène Offre mondiale
Demande mondiale Marché visé Capacité de l’usine

11 Application du H2O2 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 l’eau potable Métallurgie  Traitement des surfaces

12 Industrie chimique et pharmaceutique
Application du H2O2 Secteur Part du marché Pâtes et papiers 70 % Industrie textile 10 % Industrie chimique et pharmaceutique

13 Demande mondiale de peroxyde
Dans les dernières années l’augmentation annuelle de la demande mondiale de peroxyde d’hydrogène était de 7 à 8 % Cette année la demande devrait connaître une croissance pour se situer à 5 % Une augmentation de l’ordre de 4 à 5 % de la demande de peroxyde d’hydrogène 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 % d’ici l’année 2003 Amérique du Sud Information non-disponible, mais l’Amérique du Sud est la région du monde où l’industrie des pâtes et papier est la plus prospère

15 La demande Dans plusieurs pays, dont les États-Unis et plusieurs communautés d’Europe : adoption ou projets de lois pour minimiser l’utilisation 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 l’Amérique du Nord Québec Ontario Nord-Est des États-Unis

19 Capacité de l’usine envisagé
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 d’hydrogène (70%) par année

20 Description du procédé
Par : André LeBlanc

21 Méthode compétitive Électrolyse On-Site: Anthraquinone
O2 + H2O + 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 TMB 29 Alcool C9-C11 58

25 Hydrogénation de 2-EAQ Grande utilisation du H2 ( > 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 d’hydrogène en excès et système de récupération

26 Oxygénation de 2-EHAQ Utilisation de l’air extérieur
Pression d’opération à 3 atm pour maximiser le transfert de masse Utilisation à % de l’oxygène Très grande demande énergétique des compresseurs Conversion de 90 % Colonne garnie

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

28 Régénération et filtration
Élimination et régénération des quinones désuètes Catalyseur d’alumine Filtration Empêche d’épandre 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 l’eau: Traitement des effluents
Échangeurs d’ions Déionisation Traitement des effluents Production d’hydrogène Bouilloire à vapeur

31 Bilans de matière Par : Guillaume Simard

32 Débit d’entrées et de sorties des unités
Unité de production d’hydrogène Unité de production d’eau déionisée Unité d’hydrogénation Unité d’oxydation Unité d’extraction Unité de traitement des eaux

33 Unité de production d’hydrogène

34 Unité de production d’hydrogène
3635 kg/hr de gaz naturel (5280 m3/hr) kg/hr de vapeur ( m3/hr) kg/hr d’air ( m3/hr) kg/hr de résidus de combustion ( m3/hr) kg/hr d’eau déminéralisée (15 m3/hr) 736 kg/hr d’hydrogène (441 m3/hr)

35 Unité de production d’eau déionisée

36 Unité de production d’eau déionisée
4000 kg/hr d’eau DI pour extr. (4 m3/hr) kg/hr d’eau de la ville (20 m3/hr) kg/hr d’eau DI pour H2 (15 m3/hr) 1150 kg/hr d’eau pour régén. (1.2 m3/hr)

37 Unités de production principales

38 Unité d’hydrogénation
kg/hr de solution de transport (720 m3/hr) kg/hr de solution hydrogénée (720 m3/hr) 557 kg/hr d’hydrogène (6112 m3/hr) 737 kg/hr d’hydrogène 180 kg/hr d’hydrogène

39 Unité d’oxydation 637 793 kg/hr 646 793 kg/hr de solution
hydrogénée (720 m3/hr) kg/hr de solution de transport (720 m3/hr) kg/hr d’air (5380 m3/hr) kg/hr d’air (3797 m3/hr)

40 Unité d’extraction S. T. de L’oxydation

41 Unité d’extraction/distillation
kg/hr de solution de transport (720 m3/hr) 3 387 kg/hr d’eau déionisée (3.4 m3/hr) kg/hr de peroxyde d’hydrogène (10.7 m3/hr) kg/hr de solution de transport avec peroxyde (720 m3/hr) 170 kg/hr d’eau à traiter (0.2 m3/hr)

42 Traitement des eaux

43 Unité de traitement des eaux
kg/hr d’eau à traiter (16 m3/hr) 177 kg/hr de boues 2000 kg/hr d’eau de regénération (2 m3/hr) 2856 kg/hr d’air (2.9 m3/hr) kg/hr d’eau traitée (16 m3/hr) 1 kg/hr de polymère

44 Par : Marc Leduc Analyse de risques

45 Analyse des risques Mandats principaux Mandats parallèles
Assurer la sécurité des travailleurs Assurer la sécurité du public Protéger l’environnement Minimiser les coûts engendrés par des incidents Mandats parallèles Procédures de démarrage et d’arrêt Numérotation des équipements Diagrammes de procédés

46 Analyse des risques Risques associés… Outils ? Aux produits chimiques
Au procédé Aux équipements du procédé Outils ? MSDS, Matrice d’interaction Diagrammes d’écoulement 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 d’écoulement Ajout d’équipements Critères de design à considérer (notés) Unité d’hydrogénation 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 d’H2 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 l’usine: 212 X 440 m Terrain de m2

53 Plan général de l’usine

54 Plan de production d’eau déionisée

55 Critères de qualité des effluents retenus
Aucun règlement Article 20 de la Loi sur la qualité de l’environnement du Québec Critères proviennent du : Ministère de l’environnement du Québec Conseil canadien des Ministres de l’Environnement

56 Critères de rejet retenus
Effluents gazeux Effluents liquides

57 Analyse des risques d’accidents industriels majeurs
Substances identifiées comme étant dangereuses par le CRAIM

58 Analyse des risques d’accidents industriels majeurs

59 Analyse des risques d’accidents industriels majeurs
Atténuation des impacts

60 Par : Stéphane Jubinville
Analyse économique Par : Stéphane Jubinville

61 Analyse économique Plan Informer sur le fichier de comptabilité
Hypothèses Choix de la méthode d’estimation Structure et fonctionnement Résultats Paramètres retenus Chiffres d’affaires 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 l’imposition Aucune déductions fiscales sur les années déficitaires Revenus de placement inexistants Facteurs économiques tirés de la littérature valides pour l’industrie du peroxyde Devise stable sur 10 ans L’inflation 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 l’estimation de paramètres économiques du coût d’investissement 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)
Indice Pourcentage Installation Variable Isolation 8 % Contrôle 16 % Tuyauterie 70 % Équip. électrique 15 %

66 Analyse économique Coût de l’équipement tout compris
Section de l’usine Investissement ($CA) Génération d’hydrogène $ Hydrogénation $ Oxydation $ Extraction/distillation $ Déionisation de l’eau $ Traitement des effluents $ Traitement de la solution de travail $ Équipements périphériques $ Total: $

67 Analyse économique Valeurs fixées Durée Temps d’entreposage M. P.
30 jours Temps d’entreposage produit 7 jours Compte-clients Compte-fournisseurs Paiement intérêts de prêt Taxes 1 an Salaires 15 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-d’œuvre, 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 fixées Montant ($CAN) Pourcentage Coût directs M. P., main-d’œuvre, 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 l’investissement global
Montant nécessaire à investir pour l’ensemble du projet

71 Analyse économique Valeurs fixées Coût ($CAN) Coût directs généraux
% approximatif d’équip. Coût d’équipements tout inclus N/A $ (48 M$) Bâtiment 15 % $ Terrain 1 % $ Infrastructure 20 % $ Aménagement du site 10 % $ Total $ Coût indirects généraux % approxim. capital fixe Ingénierie 8 % $ Dépenses construction 3 % $ Frais contracteurs 7 % $ Contingence Démarrage 9 % $ $ Fond de roulement $ 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 d’hydrogène: $ CAN/TM Production totale annuelle TM / an Montant revenant de la vente d’hydrogène Période de l ’analyse économique 10 ans Taxes % Pourcentage de dépréciation (loi impôt) Équipements % Bâtiment % Pourcentage d’intérêts 7 % Pourcentage du prêt emprunté (61.8 M$) 30 % Période de paiement du prêt 5 ans

74 21.06% 120 000 000$ CAN Analyse économique Chiffre d’affaires annuel:
Pourcentage de TRAM obtenu: 21.06%

75 Analyse économique Analyse de sensibilité
Mêmes hypothèses que celles du fichier Hypothèse supplémentaire L’analyse de sensibilité est structurée de manière à faire varier qu’un paramètre à la fois

76 Analyses de sensibilité
Facteurs critiques Facteurs de décision Durée de remboursement de prêt, proportion d’I.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 l’I.G. en prêt Coût($CA) / TM de peroxyde % TRAM 25 1076 (-0.06%) +1.12% 30 1083 (0.0%) 40 1091 (+0.06%) -1.10%

79 Analyses de sensibilité
Facteur de marché Variation du prix du peroxyde d’hydrogène

80 Analyses de sensibilité
Impact en termes directs: Coût($CA) du peroxyde Coût($CA) / TM de peroxyde % TRAM 2300 -1.99 % 2400 2500 +1.96 %

81 Analyses de sensibilité
Facteur de nature de procédé Production ou non d’hydrogène Modifications Considération d’achat d’hydrogène pur Enlèvement d’équipement pour production H2 Élimination de l’énergie nécessaire Modification de facteurs économique aménagement du site, infrastructure, bâtiment, etc. Disparition du revenus de vente d’hydrogène Main-d’œuvre

82 Analyses de sensibilité
Facteur de nature de procédé Production ou non d’hydrogène Nature du procédé Coût($CA) / TM de peroxyde % TRAM Production d’hydrogène 1083 21.06 % Achat d’hydrogène 908 40 %

83 Analyses de sensibilité
Conclusion Importance des paramètres suivants: Proportion de l’investissement global en prêt Prix du peroxyde d’hydrogène sur le marché Production ou non d’hydrogène

84 Analyses de sensibilité
Conclusion Rentable Le choix de construire l’usine avec ou sans production d’hydrogène est un choix entre la capacité d’autonomie et la rentabilité liée aux risques contractuels que comporte un partenariat.

85 Conclusion Étude préliminaire d’une usine de peroxyde d’hydrogène
Capacité de production : TM/An Procédé Choisi : Procédé à l’anthraquinone 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?