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1 Usine de production de méthanol Methagreen : un projet denvergure internationale Automne 2003.

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1 1 Usine de production de méthanol Methagreen : un projet denvergure internationale Automne 2003

2 2 Membres de léquipe Joel Antoine Myriam Baril Sébastier Delisle Émilie Desrosiers- Lachiver Philippe Desrosiers- Lapierre David Gauthier Annie Lacombe Jean-Philippe Lavoie Geneviève Letendre Evelyne Monfet Jonathan Moore Dave Pelletier Vincent Simoneau Vincent Roy Bruno Tremblay Marc Tremblay

3 3 1.Étude de marché 4.5% de la capacité mondiale : 1.5M t Marchés ciblés: transports et industrie chimique Le méthanol nétant plus considéré comme un carburant alternatif par le gouvernement, il faudrait diminuer la capacité et se concentrer sur lindustrie chimique Concurrent direct le plus important: Methanex Chili : total 3MT, plus grosse usine : 1,065 MT Trinidad: 1.7MT (la plus grosse au monde) Canada : 500 KT

4 4 2.Alternatives Technologiques Procédé à base de houille (non rentable) Procédé à base de CO 2 qui provient des usines daluminium Procédé à partir du gaz naturel (technologie la plus répandue)

5 5 3.1 Procédé général Désulfuration Reformage catalytique ConversionGazéification Distillation

6 3.2 Diagramme découlements

7 Désulfuration (réacteurs) But : enlever le soufre qui pourrait empoisonner les catalyseurs du réacteur de reformage Hydrodésulfuration 3 réacteurs dhydrodésulfuration de 37 m 3 Catalyseur de cobalt molybdène Désulfuration 3 lits de zinc 57 m 3 ZnS peut être régénérer en ZnO

8 Reformage catalytique Réactions : CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 CO + H 2 O = CO 2 + H kJ/mol Énergie à fournir: 2.24x10 9 kJ/h Catalyseurs: Katalko Série-25 Katalco Série-57 Nickel sur support dalumine Quantité de catalyseur: 87 tonnes métriques Dimensions tubes: 12 m de long 0.18 m de diamètre 400 tubes

9 Convertisseurs Réactions impliquées CO 2 +3H 2 CH 3 OH +H 2 O H= -68 kJ/mol CO +2H 2 CH 3 OH H= -108 kJ/mol

10 Convertisseurs (suite) Réacteur tubulaire catalytique avec échangeur de chaleur intégré Refroidi par circulation deau Conditions opérationnelles: 260°C kPa Phase gazeuse

11 Convertisseur : Bilan de matière Alimentation kg/h Réacteurs Vers unités de distillation kg/h (28% MeOH) Purge vers unité de reformage kg/h 3,46x10 9 kJ/h

12 Convertisseur : Réacteurs Volume: 37,5 m³ Dimension des tubes: Longueur: 5 m Diamètre: 20 cm 240 tubes par réacteurs Catalyseur : CuO sur support Al 2 O 3 Quantité: 16,5 t/réacteur

13 Distillation Séparation du mélange Eau-MeOH Mélange sans azéotrope Liquide à pression atmosphérique Utilisation de HYSYS pour la simulation (Modèle utilisé UNIQUAC)

14 Distillation Conditions dopération: Pression atmosphérique Température 38 o C 3 colonnes identiques 25 plateaux Alimentation au 17 ième plateau Contraintes: Distillat : 1x10 -3 en eau Bas :1x10 -4 en méthanol 97% récupération du MeOH

15 Distillation Énergies impliquées : Rebouilleur 2.4E08 kJ/h Condenseur 1,9E08 kJ/h Énergie aux rebouilleurs provient des gaz du reformage Gaz non-condensables brûlés aux bouilloires Tous les écoulements deau acheminés vers réservoirs 4-2.

16 Gazéification Permet de traiter kg/h de déchets triées. Déchet denviron personnes. 300kg de déchets non trié fournit environ 110kg de méthanol. La gazéification est une combustion partielle visant à produire des gaz de synthèse.

17 Bilan Énergie Global

18 Bilan Énergie Global (suite)

19 Hazop: P&ID

20 P&ID Unité de désulfuration

21 P&ID Unité de Reformage

22 P&ID Unité de Distillation

23 Hazop : procédures Procédures : Démarrage des équipements principaux Démarrage de lusine Arrêt planifié Arrêt durgence -En cas de panne délectricité -En cas de manque deau de refroidissement

24 Procédures : points importants Toujours purger le système à lazote-> afin déviter la présence dun mélange inflammable (air + combustible) Tests détanchéité des vaisseaux et des connections nécessaires avant tout démarrage Chauffage dappoint nécessaire pour les colonnes et la bouilloire La torche doit être allumée avant démarrage initial des équipements Remplir circuit deau avant démarrage des unités

25 Arrêts durgence : points importants (suite) Certains équipements doivent être branchés à une génératrice en cas de panne délectricité En cas de manque deau de refroidissement : arroser les réacteurs de la conversion pour les refroidir et dépressuriser lexcès à la torche, car la réaction est exothermique et peut semballer.

26 Disposition des équipements Bureaux Biomasse 1 Expansion 3 Manutention MeOH Gaz N. Section du procédé 1 Désulfuration Proximité réservoir de gaz naturel 2 Reformage Jonction de lalimentation 3 Convertisseur Eau de refroidissement 4 Distillation Eau de refroidissement 5 Gazéification Source dignition (Est de lusine) Réservoir deau de refroidissement Proche du cour deau Biomasse Odeurs désagréable (Est de lU.) Bureaux Aire de manutention Expansion Réservoir deau

27 Diagramme de la disposition des équipements

28 Disposition des équipements La dimension et le nombre déquipements Distance sécuritaire minimum (IRI) Superficie disponible Voies daccès Maintenance facilité 50 m 20 m Section de désulfuration Salle contrôle R-1-1 R-1-2 R-1-3 S-1-1 S-1-2 C-1-1 Nord

29 Choix du site

30 Environnement Effluent liquide : eau chaude -> tours de refroidissement nécessaires (loi) Effluents solides : cendres -> ciment Émissions de GES: 1,8 M tonnes/an 1.19 tonnes CO2 éq. par tonne MetOH 35 kW-h par tonne dénergie nouvelle Plus avantageux de brûler le méthane directement que de fabriquer du méthanol qui sert de carburant…

31 Analyse économique Indique si linvestissement sera économiquement rentable. Permet de déterminer tous les coûts associés à la construction et à lexploitation de lusine.

32 Hypothèses de travail Le prix du gaz naturel, de loxygène et de leau industrielle sont constants durant toute la durée du projet. Le prix de lélectricité est également considéré constant.

33 Hypothèses de travail (suite) La valeur du dollar canadien est stable pour la durée de dix ans de lanalyse économique (0,75$). Les valeurs des prix des équipements sont des valeurs précises basées sur la littérature ou lexpérience du marché. Le temps dopération de lusine est considéré constant (350 jours/année et 24h/jour).

34 Hypothèses de travail (suite) Le revenu total de lusine est basé sur la vente de la totalité du méthanol produit annuellement. Le prix du méthanol est considéré constant (décembre 2003). Le taux de production du méthanol est constant.

35 35 Investissement en capital Coûts directs Coûts indirects Frais généraux Frais fixes Coûts des matières premières + énergie

36 36 Coûts directs Équipements Unité de lusineInvestissement en capital (M$ CA) Hydrodésulfuration16,5 Reformage catalytique17,3 Synthèse du méthanol46,8 Distillation 7,7 Gazéification 1,2 Traitement de leau brute 0,3 Coût total des équipements : 89,8 M$

37 37 Coûts directs (suite) Installation Unité de lusineInvestissement en capital (M$ CA) Hydrodésulfuration 7,6 Reformage catalytique11,3 Synthèse du méthanol21,6 Distillation 5,5 Gazéification 0,7 Traitement de leau brute 0,1 Coût total de linstallation : 46,7 M$

38 38 Autres coûts directs Isolation 5% 5,2 M$ Contrôle et instrumentation 35%36,3 M$ Tuyauterie 70%72,6 M$ Système électrique 30%31,1 M$ Bâtiment 45%46,7 M$ Aménagement du site 15%15,5 M$ Infrastructures de service 75%77,8 M$ Terrain 6% 6,2 M$ Total des coûts directs : 442 M$

39 39 Coûts indirects Ingénierie et supervision 50%51,8 M$ Frais pour contracteur 15%15,5 M$ Contingences 45%46,7 M$ Dépenses de construction 50%51,9 M$ Dépenses légales 10%10,4 M$ Total des coûts indirects : 176,4 M$

40 40 Investissement en capital fixe Coûts directs + coûts indirects = 618,5 M$

41 41 Frais généraux Dépenses administratives 25%26,0 M$ Vente et représentation 10%10,4 M$ Recherche et dévelop. 3% 3,0 M$ Financement 10%10,4 M$ Total des frais généraux : 49,9 M$

42 42 Frais fixes Taxes locales2% 12,4 M$ Assurances1% 6,2 M$ Dépréciation des bâtiments (moyenne) 8,7 M$ Dépréciation des équipements (moyenne) 1,5 M$ Total des frais fixes : 28,7 M$

43 43 Coûts des matières premières et de lénergie Matières premièrescoût annuel Eau industrielle ( m 3 à 0.06$/ m 3 ) 3,7 M$ Gaz naturel ( m 3 à 0,22923$ / m 3 ) 110,0 M$ Électricité ( kWh à 0,05$/kWh) 2,7 M$ Catalyseurs 3,4 M$ Oxygène ( kg à 0,05$/ kg) 1,0 M$ Investissement total : 121 M$

44 44 Prêt Financement du projet à 40% Montant emprunté : 247,4 M$ Remboursement du prêt sur une période de dix ans Taux dintérêt de 7%

45 45 Employés et rémunération Lusine comprendra : 200 employés, techniciens et autres Salaire horaire de 35$/h 35 employés cadres Salaire horaire de 50$/h Coût total de la main dœuvre par année : 18,2 M$

46 46 Coût de production Production de méthanol : 50% la première année 90% la deuxième année 100% les années suivantes

47 47 Coût de production Somme de tous les frais de fabrication du méthanol : 278 M$ Production annuelle de méthanol : 1,5 M tonnes Prix du méthanol à la tonne : 186$

48 48 TRI 16%

49 49 Seuil de rentabilité Taux de production 100%95%93%90%85%80%75% Coût de production ($/tonne) Revenu (M$)452429, TRI (%) Diminution de la production

50 50 Impacts des unités de désulfuration et de gazéification Option #1 : Enlever lunité de désulfuration en achetant du gaz naturel sans soufre Option #2 : Enlever lunité de gazéification

51 51 Impacts des options #1 et #2 Option #1 Option #2 Usine sans modification Coût total des équipements (M$) Coût de production ($/tonne) Investissement capital total (M$) Revenu (M$) TRI (%)271216

52 52 Analyse de sensibilité Paramètres ayant une grande influence Prix de vente du méthanol Prix du gaz naturel (96% de notre mat. premières) Paramètres ayant une influence moins marquée Pourcentage capital emprunté Durée de remboursement du prêt Taux dintérêt Prix de lélectricité

53 53

54 54

55 55 Conclusion Si le projet était à refaire, nous ferions le design dune petite usine qui utiliserait uniquement des gaz de synthèse La production serait uniquement destinée à lindustrie chimique


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