Étude d'ingénierie préliminaire pour la production du cyclohexane CYCLO DESIGN

Description du projet $$ $$ $$ $$ Janvier ’99 nouvelle norme - Benzène dans essence < 1% vol. - Actuellement 1.3 % vol. Marché pétrochimique - Cyclohexane matière première du nylon - Client potentiel: Dupont Solution  transformer le Bz en cyclohexane $$ $$ $$ $$

Description du projet Mandat Étapes du projet - Extraire le benzène - Produire du cyclohexane Étapes du projet - Recherche de données et d’informations - Simulation - Choix et localisation des équipements - Analyse économique - Étude d’impacts environnementaux

Technologies utilisées Extraction du benzène Distillation extractive Principes de base - Procédés industriels GTC-Glitsch IFP Distapex Sulfolane

Technologies utilisées Hydrogénation Principes de base Procédés industriels UOP IFP

Résultats des simulations Introduction - Simulation Choix du logiciel Aspen Résultats des simulations OPTION A- 4.7 % de Bz sortie du reformer OPTION B- 12 % de Bz sortie du reformer -Extraction primaire existante -Procédé UOP- Sulfolane -Procédé Distapex -Hydrogénation -Extraction primaire améliorée -Procédé UOP- Sulfolane

Résultats Extraction Benzène Option A

? Reformer Écoulements de sortie: Actuel : 4.7 % de benzène dans l ’écoulement sortant du reformer ? Extraction primaire

Extraction Primaire Isomérat Isomérat Distillation extractive Naphta Essence Reformate Splitter Isomérat Naphta Reformer Naphta Splitter Extraction primaire

Reformate Splitter Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral Sorties: Entrée: l’ écoulement provenant du reformer Bz = 693 bbl/jr Bz = 27.4 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 653 bbl/jr C6 = 180 bbl/jr Bz = 12 bbl/jr C7 = 304 bbl/jr Extraction primaire

Reformate Splitter Condenseur: - Temp.: 44 ºC - Énergie: 6 390 kW (21.8 MMBTU/h) Diamètre: 3.4 m (11 pi) Plateaux : 67 Rebouilleur: - Temp.: 166 ºC - Énergie: 10 700 kW (36.5 MMBTU/h) Reflux = 4 volume std Extraction primaire

Résultats UOP-Sulfolane Option A

Procédé Sulfolane Eau Isomérat Traitement des eaux Sulfolane Benzène 98.7% Eau Purification Sulfolane Col. Extract Col. Rafwash Col. Stripper Col. Bzrecov Col. Recupraf Isomérat Décanteur Sulfolane Écoulement latéral du Reformate Splitter Sulfolane

Colonne Extract Rôle : - Mettre en contact le Bz et le solvant - Permet l’épuration de l ’écoulement de la boucle de recirculation de la colonne Stripper Sorties: Entrées:  Eau/Sulfolane: 1.3% mass. Bz = 110 bbl/jr C4-C5-C6 C7 = 40 bbl/jr Sulfolane= 1 700 bbl/jr Écoulement latéral du Ref. Splitter Écoulement de recirc. du Stripper Bz = 1 238 bbl/jr C7 =105 bbl/jr Sulfolane = 1 870 bbl/jr Sulfolane

Colonne Extract Condenseur: - Temp.: 49 ºC - Énergie: 2 430 kW (8.3 MMBTU/h) Diamètre: 1.5 m (5 pi) Plateaux : 74 Rebouilleur: - Temp.: 111 ºC - Énergie: 1 025 kW (3.5 MMBTU/h) Reflux = 1.1 massique Sulfolane

Écoulement lourd de la colonne extract Colonne Stripper Rôle : - Recirculation  amélioration pureté - Épurer le Sulfolane contenant du benzène Sorties: Entrée: Écoulement lourd de la colonne extract Bz = 695 bbl/jr C7 Bz = 167 bbl/jr Sulfolane = 1 616 bbl/jr Bz = 375 bbl/jr Sulfolane = 254 bbl/jr Sulfolane

Colonne Stripper Condenseur: - Temp.: 59 ºC - Énergie: 790 kW (2.7 MMBTU/h) Diamètre: 1.1 m (3.5 pi) Plateaux : 43 Rebouilleur: - Temp.: 122 ºC - Énergie: 675 kW (2.3 MMBTU/h) Reflux = 0,4 massique Sulfolane

Écoulement lourd provenant du Stripper Colonne Bzrecov Rôle : Séparer le benzène du solvant Sorties: Bz = 530 bbl/jr Pureté 98.7 % vol Entrée: Écoulement lourd provenant du Stripper Bz = 13 bbl/jr Toluène Sulfolane = 1 870 bbl/jr Sulfolane

Colonne Bzrecov Condenseur: - Temp.: 35 ºC - Énergie: 1 400 kW (4.8 MMBTU/h) Diamètre: 1.8 m (6 pi) Plateaux : 54 Pression : 0.2 atm Rebouilleur: - Temp.: 163 ºC - Énergie: 1 650 kW (5.6 MMBTU/h) Reflux = 3 massique Sulfolane

Rôle : Laver le solvant Sulfolane Colonne Rafwash Rôle : Laver le solvant Sulfolane Entrée:  Eau = 7 015 lb/ hr Écoul. léger de la colonne Extract Sulfolane = 1 700 bbl/jr Sorties: Bz = 110 bbl/jr C4 C5 C6 Eau = 540 bbl/jr Bz = 0 bbl/jr C7 Sulfolane = 1 700 bbl/jr Sulfolane

Colonne Rafwash Condenseur: - Temp.: 34 ºC - Énergie: 3 575 kW (12.2 MMBTU/h) Diamètre: 2.3 m (7.5 pi) Plateaux : 54 Rebouilleur: - Temp.: 150 ºC - Énergie: 4 160 kW (14.2 MMBTU/h) Reflux = 3 massique Sulfolane

Colonne Recupraf Rôle : Enlever les hydrocarbures du Sulfolane Entrées: Sorties: Bz = 13.1 bbl/jr C7 , Toluène Eau = 233 bbl/jr Eau 8 800 lb / hr Sulfolane provenant du bas de la col. Bzrecov Sulfolane provenant du bas de la col. Rafwash Eau = 369 bbl/jr Sulfolane = 3 359 bbl/jr Sulfolane

Colonne Recupraf Condenseur: - Temp.: 78 ºC - Énergie: 1 200 kW (4.1 MMBTU/h) Diamètre: 0.9 m (3 pi) T = 1 ºC Plateaux : 40 Rebouilleur: - Temp.: 79 ºC - Énergie: 660 kW (2.25 MMBTU/h) Reflux = 1 volume std Sulfolane

Décanteur Rôle : Séparer l’eau des hydrocarbures Sulfolane Entrée: Légers des 2 colonnes de lavage Sorties:  Hydrocarbures  Eau propre Sulfolane

Décanteur Volume: 20 m3 Temps de séjour: 60 min. Sulfolane

Évaporateur Rôle : Séparer l ’eau du Sulfolane pour le retourner au procédé Sulfolane / eau = 1.3 % Sorties: Entrée: Sulfolane / eau = 9 % Sulfolane

Procédé Sulfolane Calcul du % vol. de bz dans l’essence 64 900 bbl / jr d’essence produit 1.3 % vol. de benzène Vol. bz total = 843.7 bbl / jr Vol. bz extrait = 537.9 bbl / jr Vol. de bz dans l’essence = 305.8 bbl / jr % vol. bz = 0.48 %

Résultats Distapex Option A

Procédé Distapex N-Méthyl pyrrolidone Isomérat Reformate Splitter Bz 77% vol. Col. RadFrac 1 Col. RadFrac 2 Distapex

Résultats Extraction primaire Option B

Résultats des simulations Rappel des options Résultats des simulations OPTION A- 4.7 % de Bz sortie du reformer OPTION B- 13 % de Bz sortie du reformer -Extraction primaire existante -Procédé UOP- Sulfolane -Procédé Distapex -Hydrogénation -Extraction primaire améliorée -Procédé UOP- Sulfolane

Option B Amélioration de l’extraction primaire - Modifications des conditions d’opération du Naphta splitter - Ajout de la Colonne2 Étude d ’impact sur les colonnes Reformate Splitter et la première colonne du procédé Sulfolane

Extraction Primaire Isomérat Distillation extractive Isomérat Essence Reformate Splitter Colonne 2 Naphta Reformer Naphta Splitter Extraction primaire

Colonne Naphta Splitter Rôle : Envoyer le Bz avec les légers pour les récupérer avec la colonne2 Entrée:  2 écoulements fournis  Entrée standard moy. Bz = 416 bbl/jr Sorties: Bz = 341 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 75 bbl/jr C7-C8-C9 Extraction primaire

Colonne Naphta Splitter Condenseur: - Temp.: 41 ºC - Énergie: 4 068 kW (13.87 MMBTU/h ) Diamètre: 4.57 m (15 pi) Plateaux : 40 Rebouilleur: - Temp.: 148 ºC - Énergie: 15 825 kW (54.0 MMBTU/h) Reflux = 0,75 massique Extraction primaire

Colonne 2 Rôle : Envoyer le benzène en bas @ 98 % Extraction primaire Sorties: Entrée: les légers du Naphta- Splitter Bz = 341 bbl/jr Bz = 7 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 334 bbl/jr C7-Cyclohexane Extraction primaire

Colonne 2 Condenseur: - Temp.: 39 ºC - Énergie: 23 915 kW (81.6 MMBTU/h) Diamètre: 5.8 m (19 pi) Plateaux : 80 Rebouilleur: - Temp.: 82 ºC - Énergie: 17 115 kW (58.4 MMBTU/h) Reflux = 4,75 massique Extraction primaire

? Reformer Écoulements de sortie: Tout le cyclohexane se transforme en benzène 90% du mcyclopentane se transforme en benzène ? Débit sortant = 73.6% volumique débit entrant Extraction primaire

Reformate Splitter Rôle : Concentrer le Bz dans l’écoulement latéral Sorties: Entrée: l’ écoulement provenant du reformer vol. Bz= 1 774 bbl/jr Bz = 25 bbl/jr C4-C5-C6 Bz = 1 741 bbl/jr Bz = 8 bbl/jr Extraction primaire

Reformate Splitter Condenseur: - Temp.: 39 ºC - Énergie: 7 855 kW (26.8 MMBTU/h) Diamètre: 3.4 m ( 11 pi) Plateaux : 67 Rebouilleur: - Temp.: 166 ºC - Énergie: 10 960 kW (37.4 MMBTU/h) Reflux = 6 std volume Extraction primaire

Résultats UOP-Sulfolane Option B

Procédé Sulfolane Reformate Splitter Col. Extract Sulfolane Sulfolane

Colonne Extract Rôle : - Mettre en contact le Bz et le solvant - Permet l’épuration de l ’écoulement de recirculation de la col. Stripper Entrées: Sorties:  Eau/Sulfolane: 1.3% mass. Bz= 123 bbl/jr C4-C5-C6 Sulfolane= 2 344bbl/jr Écoulement latéral du Reformate Splitter Recirc. de Stripper Bz = 2 268 bbl/jr Sulfolane = 1 406 bbl/jr Sulfolane

Colonne Extract Condenseur: - Temp.: 63 ºC - Énergie: 1 310 kW (4.47 MMBTU/h) Diamètre: 1.1 m ( 3.5 pi) Plateaux : 74 Rebouilleur: - Temp.: 88 ºC - Énergie: 950 kW (3.25 MMBTU/h) Optimisation avec boucle de recyclage Reflux = 0.6 mol. Sulfolane

Option A vs Option B OPTION A- OPTION B- 4.7 % de Bz 12 % de Bz sortie du reformer OPTION B- 12 % de Bz sortie du reformer -REFSPLIT Sorties à l’isomérat légers = 27.4 bbl Bz/jr 2 944 bbl tot/jr Lourd = 12 bbl Bz/jr 10 921 bbl tot/jr Côté B = 653 bbl Bz/jr 2 461 bbl tot/jr - EXTRACT légers = 110 bbl Bz/jr 3 560 bbl tot/jr -REFSPLIT Sorties à l’isomérat légers = 24.8 bbl Bz/jr 2 636 bbl tot/jr Lourd = 8 bbl Bz/jr 10 155 bbl tot/jr Côté B = 1 741 bbl Bz/jr 3 535 bbl tot/jr - EXTRACT légers = 123 bbl Bz/jr 3 475 bbl tot/jr

Résultats Hydrogénation Option A

Hydrogénation Légers Hydrogène Benzène Cyclohexane 98.6% mol. Réacteur lit fluidisé Réacteur lit fixe Colonne Décanteur Hydrogénation Hydrogénation

Réacteur à lit fluidisé Rôle : convertir le benzène en cyclohexane Sorties: Mélange gazeux vers deuxième réacteur Hydrogène Benzène Entrées: Température: 250 ºC Pression: 3000 kPa Catalyseur: Platine ou nickel Énergie à retirer: 5.58 MMBTU/HR Hydrogénation

Réacteur à lit fixe Rôle : compléter la réaction d’hydrogénation Entrée: Mélange gazeux du premier réacteur Pression: 3000 kPa Température: 250 ºC Catalyseur: platine ou nickel Sorties: Cyclohexane Légers Énergie retirée: 2.16 MMBTU/HR Hydrogénation

Colonne Rôle : séparer le cyclohexane des légers Pression: 517 kPa Sorties: haut: Légers Cyclohexane 0.08 bbl/Jour Pression: 517 kPa Température: haut = 39 °C bas = 147 °C Nombre de plateaux: 10 Entrée: Mélange cyclohexane Cyclohexane = 608 bbl / jr Pureté 98.6 % vol Hydrogénation

Matériaux Matériau des colonnes et des plateaux: - Acier au carbone Matériau des rebouilleurs et condenseurs: - Acier au carbone Attention aux rebouilleurs des colonnes de lavage  température de 220 ºC

Type de rebouilleurs Fournaise - Selon la température - Pour les colonnes REFSPLIT BZRECOV Rebouilleurs shell and tubes - Fluide caloporteur Une source d ’énergie est disponible à l’hydrogénation

Type de condenseurs Aérorefroidisseurs - Selon la température Échangeurs de chaleur shell and tubes - Fluides caloporteurs

Autres équipements Pompes - Type centrifuge Réservoirs - Toit flottant

Localisation des équipements

Localisation des équipements Unité d’isomérisation Unifineur de Naphta lourd Unité de Polymérisation N

Localisation des réservoirs

Localisation des réservoirs

Localisation des équipements

Introduction Qualité de l ’environnement et le bien-être de la population

Description du milieu récepteur Pop. rayon 32 km: 280 000 Pop. immédiate St-Romuald: 10 637

Description du milieu récepteur Direction des vents N E S O

Description du milieu récepteur

Description du milieu récepteur Températures

Potentiels critiques et correctifs Benzène: cancérogène Au décanteur Aux réservoirs Tensions de vapeur entre 10 et 76 kPa Au quai de chargement Récupération de vapeur

Rappels Certificat d’autorisation du M.E.F.Q. - Obligatoire Étude d’impact environnemental selon les exigences particulières du Ministère Étude de dispersion atmosphérique des contaminants et autres recherches

Analyse Économique Étude de marché Transport Réalisation du chiffrier Excel Résultats de l ’analyse de rentabilité Hypothèses Coûts d’investissements Coûts d’opération Revenus des ventes

Étude de marché Coût du benzène 0.70 @ 1.50 $ US/gall1993 Actuellement de 1.00$US/gal Coût du cyclohexane 25% plus élevé que celui du Bz Potentiel du benzène Aucun marché au Canada Exploitation du produit aux États-Unis Potentiel du cyclohexane Aucun producteur au Canada Dupont utilise 35 millions par année Actuellement acheté aux États-Unis

Transport Selon les possibilités Vente du benzène Transformation du Bz et vente du cyclohexane produit

Transport - Vente du Bz Itinéraire : St-Romuald @ Three Rivers, TX Type de transport : bateaux Fréquence des envois : 14 jours Capacité des envois : 1 bateau @ 7 406 bbl Durée du trajet : 1 044 heures Coûts annuels : 567 670 $US

Transport - Vente du C6H12 Itinéraire : St-Romuald @ Maitland, Ontario Type de transport : train Fréquence des envois : 14 jours Capacité des envois : 12 wagons @ 30 000 USG/wagon Durée du trajet : 250 heures Coûts annuels : 603 293 $US

Hypothèses de travail Choix des équipements Neuf Acquisition du terrain Aucun Revenus projetés Selon l ’option Vie économique du projet 20 ans Taux d ’imposition 35 % Financement du projet 30 % -versements égaux 8 % d ’intérêt Taux de rendement acceptable minimum 15% Taux de change 1.42 $ CAN / 1$ US Taux d’inflation Aucun Fond de roulement 60 jours du coût livré de la matière première

Analyse Économique Réalisation du chiffrier Excel Résultats de l ’analyse de rentabilités Option A Option B

Analyse Économique Option A

Coûts d’investissements Investissement équipements Procédé Sulfolane 3 832 314 $ Hydrogénation 5 680 000 $ 9 512 314 $ Investissement pour les bâtiments 1 712 217 $ Investissement capital total coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement 43 474 751 $

Coûts d’opérations par année Matières premières + dépenses directes et indirectes 6 309 303 $ Coûts par gallon de cyclohexane produit 68 ¢ / gal

Revenus des ventes/année - Option A 608 bbl/jour 9 320 000 gal/an 16 589 600 $ Prix de vente ($ constants) 1.78 $/gal

Informations supplémentaires Taux de change américain 1.42 Taux d ’imposition combiné 35 % Taux A.C.C. - Bâtiments 4 % Taux A.C.C. - Équipements 30 % Prêt (versements égaux, 8 ans, 30% de l ’inv. Capital total) 13 042 425 $ Intérêt réel sur le prêt 8 % Versements annuels (prêt) 2 269 575 $ Fond de roulement 2 245 686 $ Vie économique 20 ans T.R.A.M. 15 %

Résultats -Option A

Analyse Économique Option B

Coûts d’investissements- OptionB Investissement équipements Procédé Sulfolane 6 604 900 $ Hydrogénation 5 680 000 $ 12 284 900 $ Investissement pour les bâtiments 2 211 200 $ Investissement capital total coûts directs + indirects + cap. fixe + fond de roulement 59 583 100 $

Revenus des ventes/année - Option B 1 824 bbl/jour 27 960 000 gal/an 49 768 800 $ Prix de vente ($ constants) 1.78 $/gal

Résultats - Option B

CONCLUSION Extraction du benzène de l ’essence Hydrogénation du benzène en cyclohexane au prix de : 71 ¢ / gallon

Groupes de travail SIMULATION N. Mongrain CHOIX ÉQUIPEMENTS D. Côté D. Lacroix D. Côté P. Dubé A. Richer G. Laflamme I. Laroche F. Tremblay ANALYSE ÉCONOMIQUE F. Bélisle ENVIRONNEMENT C. Demers L. Bassani D. Beaumier S. Couture V. Tu F. Denis I. Robert M. Rousseau M. Verronneau J. Béland M.J. Luo N. Proulx