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Usine de production de méthanol

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Présentation au sujet: "Usine de production de méthanol"— Transcription de la présentation:

1 Usine de production de méthanol
Methagreen : un projet d’envergure internationale Automne 2003

2 Membres de l’équipe 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 1.Étude de marché 4.5% de la capacité mondiale : 1.5M t
Marchés ciblés: transports et industrie chimique Le méthanol n’étant plus considéré comme un carburant alternatif par le gouvernement, il faudrait diminuer la capacité et se concentrer sur l’industrie 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 2.Alternatives Technologiques
Procédé à base de houille (non rentable) Procédé à base de CO2 qui provient des usines d’aluminium Procédé à partir du gaz naturel (technologie la plus répandue)

5 Reformage catalytique
3.1 Procédé général Désulfuration Reformage catalytique Gazéification Conversion Distillation

6 3.2 Diagramme d’écoulements

7 3.3.1 Désulfuration (réacteurs)
But : enlever le soufre qui pourrait empoisonner les catalyseurs du réacteur de reformage Hydrodésulfuration 3 réacteurs d’hydrodésulfuration de 37 m3 Catalyseur de cobalt molybdène Désulfuration 3 lits de zinc 57 m3 ZnS peut être régénérer en ZnO

8 3.4.1 Reformage catalytique
Réactions : CH4 + H2O = CO + 3H2 CO + H2O = CO2 + H2 +165 kJ/mol Énergie à fournir: 2.24x109 kJ/h Catalyseurs: Katalko Série-25 Katalco Série-57 Nickel sur support d’alumine Quantité de catalyseur: 87 tonnes métriques Dimensions tubes: 12 m de long 0.18 m de diamètre 400 tubes

9 CO2 +3H2  CH3OH +H2O H= -68 kJ/mol
3.5.2 Convertisseurs Réactions impliquées CO2 +3H2  CH3OH +H2O H= -68 kJ/mol CO +2H2  CH3OH H= -108 kJ/mol

10 3.5.3 Convertisseurs (suite)
Réacteur tubulaire catalytique avec échangeur de chaleur intégré Refroidi par circulation d’eau Conditions opérationnelles: 260°C 7 800 kPa Phase gazeuse

11 3.5.4 Convertisseur : Bilan de matière
Purge vers unité de reformage kg/h Réacteurs Alimentation kg/h 3,46x109 kJ/h Vers unités de distillation kg/h  (28% MeOH)

12 3.5.5 Convertisseur : Réacteurs
Volume: 37,5 m³ Dimension des tubes: Longueur: 5 m Diamètre: 20 cm 240 tubes par réacteurs Catalyseur : CuO sur support Al2O3 Quantité: 16,5 t/réacteur

13 3.6.1 Distillation Séparation du mélange Eau-MeOH
Mélange sans azéotrope Liquide à pression atmosphérique Utilisation de HYSYS pour la simulation (Modèle utilisé  UNIQUAC)

14 3.6.2 Distillation Conditions d’opération: Pression atmosphérique
Température 38 oC 3 colonnes identiques 25 plateaux Alimentation au 17ième plateau Contraintes: Distillat : 1x10-3 en eau Bas :1x10-4 en méthanol 97% récupération du MeOH

15 3.6.3 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 d’eau acheminés vers réservoirs 4-2.

16 3.7.1 Gazéification Permet de traiter 10 000kg/h de déchets triées.
Déchet d’environ 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 3.8.1 Bilan Énergie Global

18 3.8.2 Bilan Énergie Global (suite)

19 4.1 Hazop: P&ID

20 4.2 P&ID Unité de désulfuration

21 4.3 P&ID Unité de Reformage

22 4.4 P&ID Unité de Distillation

23 4.5 Hazop : procédures Procédures :
Démarrage des équipements principaux Démarrage de l’usine Arrêt planifié Arrêt d’urgence -En cas de panne d’électricité -En cas de manque d’eau de refroidissement

24 4.5.1 Procédures : points importants
Toujours purger le système à l’azote-> afin d’éviter la présence d’un mélange inflammable (air + combustible) Tests d’étanchéité des vaisseaux et des connections nécessaires avant tout démarrage Chauffage d’appoint nécessaire pour les colonnes et la bouilloire La torche doit être allumée avant démarrage initial des équipements Remplir circuit d’eau avant démarrage des unités

25 4.5.1 Arrêts d’urgence : points importants (suite)
Certains équipements doivent être branchés à une génératrice en cas de panne d’électricité En cas de manque d’eau de refroidissement : arroser les réacteurs de la conversion pour les refroidir et dépressuriser l’excès à la torche, car la réaction est exothermique et peut s’emballer.

26 5.1 Disposition des équipements
Section du procédé 1 Désulfuration Proximité réservoir de gaz naturel 2 Reformage Jonction de l’alimentation 3 Convertisseur Eau de refroidissement 4 Distillation 5 Gazéification Source d’ignition (Est de l’usine) Réservoir d’eau de refroidissement Proche du cour d’eau Biomasse Odeurs désagréable (Est de l’U.) Réservoir d’eau Expansion MeOH Gaz N. 4 Manutention 3 1 2 Bureaux 5 Biomasse Bureaux Aire de manutention Expansion

27 5.2 Diagramme de la disposition des équipements

28 5.3 Disposition des équipements
La dimension et le nombre d’équipements Distance sécuritaire minimum (IRI) Superficie disponible Voies d’accès 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 6.1 Choix du site

30 7.1 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 d’énergie nouvelle Plus avantageux de brûler le méthane directement que de fabriquer du méthanol qui sert de carburant…

31 8.1 Analyse économique Indique si l’investissement sera économiquement rentable. Permet de déterminer tous les coûts associés à la construction et à l’exploitation de l’usine.

32 8.2 Hypothèses de travail Le prix du gaz naturel, de l’oxygène et de l’eau industrielle sont constants durant toute la durée du projet. Le prix de l’électricité est également considéré constant.

33 8.2 Hypothèses de travail (suite)
La valeur du dollar canadien est stable pour la durée de dix ans de l’analyse économique (0,75$). Les valeurs des prix des équipements sont des valeurs précises basées sur la littérature ou l’expérience du marché. Le temps d’opération de l’usine est considéré constant (350 jours/année et 24h/jour).

34 8.2 Hypothèses de travail (suite)
Le revenu total de l’usine 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 Investissement en capital
Coûts directs Coûts indirects Frais généraux Frais fixes Coûts des matières premières + énergie

36 Coûts directs Équipements Coût total des équipements : 89,8 M$
Unité de l’usine Investissement en capital (M$ CA) Hydrodésulfuration 16,5 Reformage catalytique 17,3 Synthèse du méthanol 46,8 Distillation ,7 Gazéification ,2 Traitement de l’eau brute 0,3 Coût total des équipements : 89,8 M$

37 Coûts directs (suite) Installation Hydrodésulfuration 7,6
Unité de l’usine Investissement en capital (M$ CA) Hydrodésulfuration ,6 Reformage catalytique 11,3 Synthèse du méthanol 21,6 Distillation ,5 Gazéification ,7 Traitement de l’eau brute ,1 Coût total de l’installation : 46,7 M$

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

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

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

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

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

43 Coûts des matières premières et de l’énergie
Matières premières coût annuel Eau industrielle ( m3 à 0.06$/ m3) ,7 M$ Gaz naturel ( m3 à 0,22923$ / m3) 110,0 M$ Électricité ( kWh à 0,05$/kWh) ,7 M$ Catalyseurs ,4 M$ Oxygène ( kg à 0,05$/ kg) ,0 M$ Investissement total : 121 M$

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

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

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

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 TRI 16%

49 Coût de production ($/tonne)
Seuil de rentabilité Diminution de la production Taux de production 100% 95% 93% 90% 85% 80% 75% Coût de production ($/tonne) 186 181 179 176 171 166 161 Revenu (M$) 452 429,4 420.36 406.8 384.2 361.6 339 TRI (%) 16 13 12 10 7 4

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

51 Impacts des options #1 et #2
Option #1 Option #2 Usine sans modification Coût total des équipements (M$) 85 102 104 Coût de production ($/tonne) 170 184 186 Investissement capital total (M$) 528 630 638 Revenu (M$) 452 429 TRI (%) 27 12 16

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 d’intérêt Prix de l’électricité

53

54

55 Conclusion Si le projet était à refaire, nous ferions le design d’une petite usine qui utiliserait uniquement des gaz de synthèse La production serait uniquement destinée à l’industrie chimique


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