Étude préliminaire de production de cyclohexane Katia Charland Pascal Côté Nicolas Desbiens Marie-Eve Lestage

Plan de l'exposé Introduction Simulation et diagrammes d'écoulements Dimensionnement des équipements Disposition des équipements Étude d'impacts Analyse économique Conclusion

Introduction Technologie optée : procédé UOP-Sulfolane But : Diminuer la quantité de benzène dans l'essence jusqu'à 1% volumique tout en rentabilisant le procédé Technologies possibles : Extraction par solvant Membranes sélectives (non-développée) MBR (procédé de réaction catalytique) Technologie optée : procédé UOP-Sulfolane

Simulation et diagramme d ’écoulement Bilans de masse Bilans d ’énergie

Diagramme d ’écoulement Procédé UOP-Sulfolane Hydrogénation du benzène

Procédé UOP-Sulfolane Ajout de sulfolane C-1 C-2 C-3 C-4 P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 r-1 r-3 r-4 c-1 c-2 c-3 c-4 T-1 e-1 EX-2 EX-1 T-2 r-2 Isomérat Eau 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 10 12 11 13 15 16 SP1

Diagramme d ’écoulement Procédé UOP-Sulfolane Hydrogénation du benzène

Hydrogénation du benzène

Simulation et diagramme d ’écoulement Bilans de masse Bilans d ’énergie

Simulation PRO/II Colonne EXTRACT Colonne STRIPPER Colonne BZ RECOV 1 Réacteur lit fluide Réacteur lit fixe Réservoir flash

Colonne EXTRACT Extraction du benzène avec le sulfolane 20 plateaux Ajout de sulfolane C-1 C-2 C-3 C-4 P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 r-1 r-3 r-4 c-1 c-2 c-3 c-4 T-1 e-1 EX-2 EX-1 T-2 r-2 Isomérat Eau 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 10 12 11 13 15 16 SP1 Extraction du benzène avec le sulfolane 20 plateaux Reflux = 1.5 Condenseur et rebouilleur Pureté = 87.4% (mass.) Bz & sulfolane Extraction du Bz = 99.99% (mass.)

Colonne STRIPPER Purification du Benzène et du sulfolane 20 plateaux Reflux = 1.5 Condenseur et rebouilleur Pureté = 90.5% (mass.) Bz & sulfolane Recyclage entre la colonne STRIPPER & EXTRACT

Colonne BZ RECOV 1 Séparation du benzène le sulfolane 20 plateaux Reflux = 1.5 Condenseur et rebouilleur Pureté du sulfolane = 99.99% (mass.) Pureté du benzène = 79.6% (mass.) Sulfolane recyclé au début du procédé

Colonne BZ RECOV 2 Séparation du benzène et du toluène 20 plateaux Reflux = 1.5 Condenseur et rebouilleur Pureté du benzène = 99.95% (mass.) Perte de benzène = 0.05% (mass.)

Réacteur lit fluide Hydrogénation du benzène Réacteur CSTR à conversion Excès de 15% d ’hydrogène gazeux Température d ’opération = 250oC Pression d ’opération = 1 atm Conversion du benzène = 96% (mass.)

Réacteur lit fixe Hydrogénation du benzène Réacteur CSTR à conversion Température d ’opération = 250oC Pression d ’opération = 1 atm Conversion du benzène = 95% (mass.) Conversion totale des 2 réacteurs en série = 99.8% (mass.)

Réservoir flash Purification du cyclohexane Séparateur flash Température d ’opération = 20oC Pression d ’opération = 1 atm Pureté du cyclohexane = 99.8% (mass.) Récupération du cyclohexane = 96.12% (mass.)

Simulation et diagramme d ’écoulement Bilans de masse Bilans d ’énergie

Efficacité = 99.8% Bilans de masse Résultats de PRO/II Bilans de masse global Bilans de masse reliés à chaque espèce chimique Écart de de 2.25% entre les écoulements d'entrée et de sortie Production de cyclohexane = 372 barils / jour Efficacité du procédé : Benzène entrant dans le procédé = 2032.6 kg/heure Benzène sortant du procédé = 4.88 kg/heure Efficacité = 99.8%

Simulation et diagramme d ’écoulement Bilans de masse Bilans d ’énergie

Bilans d ’énergie Résultats de PRO/II Bilans d’énergie calculés pour chaque unité du procédé Écart de 0,85% entre les entrées et les sorties énergétiques Demande énergétique de 11 000 kW pour le procédé global

Dimensionnement des équipements Colonnes Réservoir flash Échangeurs de chaleur Réacteur à lit fluide Réacteur à lit fixe

Dimensionnement des équipements Colonnes 4 colonnes identiques EXTRACT (C-1) STRIPPER (C-2) BZ RECOV 1 (C-3) BZ RECOV 2 (C-4) Déterminé à l ’aide de règles de pouce pour une colonne de 20 plateaux sieve.

Dimensionnement des équipements Réservoir flash (F-1) Le volume de liquide ne doit pas dépasser le 1/3 du volume du réservoir. Volume de liquide déterminé par le débit entrant.

Dimensionnement des équipements Échangeurs de chaleur 2 échangeurs de chaleur superposés (e1 et e2) Déterminé par supposition à partir de la surface d ’échange requise et des caractéristiques standards des tubes.

Dimensionnement des équipements Réacteur à lit fluide (R-1) Déterminé à partir du débit à traiter.

Dimensionnement des équipements Réacteur à lit fixe (R-2) Déterminé à partir du débit à traiter.

Disposition des équipements

Étude d'impacts Généralités Impacts : eau sol air santé sécurité

Étude d'impacts Généralités Tout fonctionne en circuit fermé aucun rejet de produits chimiques. La chaleur émise par l'eau est traitée dans une tour de refroidissement qu'Ultramar dispose déjà.

Étude d'impacts Impacts sur l'eau En cas de déversement… Cyclohexane: Potentiel de bio-accumulation élevé. Produits de décomposition toxiques. Hydrocarbures Marée noire

Étude d'impacts Impacts sur le sol En cas de déversement… Hydrocarbures et sulfolane Accumulation dans le sol. Toxique pour la flore.

Étude d'impacts Impacts sur l'air En cas de déversement… Composés organiques volatiles: benzène cyclohexane hydrocarbure sulfolane

Étude d'impacts Impacts sur la santé

Étude d'impacts Impacts sur la sécurité Matériel très inflammable soumis à de strictes règlements. L'usine d'Ultramar déjà conforme.

Analyse économique

Flux monétaire

Étude de sensibilité

Conclusion Le taux de conversion du benzène est de 99.8% massique Pas de rejets => circuit fermé Respect de la norme concernant le benzène (0.47% vol. < 1% vol.) TRI 58% => projet rentable Prix du cyclohexane grande influence sur la rentabilité