Étude comparative de procédés de production d éthanol vgeneviève beauvais vmarie-josée brisson...
TRANSCRIPT
Étude comparative de procédés de production
d ’éthanol Geneviève Beauvais Marie-Josée Brisson Niki Élias Valérie Léveillé Sébastien Maurice Dominic Pion Gaby Poirier Luc Pomerleau
Plan de l ’exposéÉtude de marché de l’éthanol
Objectifs du projet
Technologie
Simulation
Dimensionnement et coût des équipements
Sécurité des procédés et Layout des équipements
Études d ’impacts
Analyses économiques
Étude comparative et recommandations
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Objectifs du projet
Comparer deux procédés de production d’éthanolUn procédé à base de maïsUn procédé à base d ’éthylène
Intérêt principal: Comparer les rentabilités de production
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Étude de consommation de l ’éthanol
CarburantAmérique du Nord: max 10% volumiqueAmérique du sud: source principale
Solvant peintures, encres, cosmétiques, détergents et produits pharmaceutiques
Réactif éthylamines, l’acétate d’éthyle et le vinaigre distillé
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Sources de croissance
1-1.5% dans la consommation industrielle
Influence du « Clean Air Act »
Croissance de la consommation dans l ’hémisphère sud
Influence des prix augmentents du pétrole
Technologie A : Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Université de SherbrookeDépartement Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à 99,5% vol. à partir de grains de
maïs.
SIZE FSCM NO DWG NO REV
0
SCALE 1 : 1 Par: GBeauvais et DPion SHEET 1 OF 1
Convoyeur
Propriétés du produit final:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol: 99.50% poids/poids d'éthanol: 99.19% mole éthanol: 97.95
Informations supplémentaires:
Composition des grains de maïs:Fécule de maïs* : 72 Wt%Protéines*: 9 Wt%Huile*: 3 Wt%Fibres et cendres (pertes)* : 16Wt%Humidité: 15.5Wt% * : base sèche
VapeurP=100psig
27% solidepH 6.3T<60C
(important)
a-amylase(HIGH T L120)0.05-0.8 w/w
Jet Cooker(hydroheater)
Tubet= 20 min
T=120c
Flash chamberP=8.4psiat=30 min.
T=85c
T=30c
Saccharificationglucoamylase
enzyme fixée surpackingT=65Ct=1h
Pressurerelief
pH 6.0 à 6.5
recyclagedes cellules
Ca(OH)2 pour pH
T=65C
eau fraîche15c
eau fraîche15c
VapeurP=100psig
t=5min.
TA-A001
SI-A001
CC-A001-1CC-A001-2
CV-A001
CT-A001
DR-A001
Évaporateur
EV-A001
MX-A001
PP-A001
JT-A001
RX-A001
HX-A001
HX-A002
CU-A001
PP-A003
PP-A004PP-A005
RX-A002
PP-A002
PP-A006
TU-A001
Steam ejectorPP-A007
ME-A001
Réservoirs d'entreposaged'éthanol
TK-A014
MASH1
MASH2
MASH3
DEXTRINS1
DEXTRINS2
S_SUSPENSION
DEXTRINS3
DEXTROSE1
DEXTROSE2
ETHANOL3
DISTILLAT
RAFFINAT
BACKSET
PRE_EVAP
BACKSET_60
CONCENTRE
DDGS_WET
DDGS
AIR_INAIR_OUT
VAPEURto boiler
VAPEUR1
STEAM_COOKSTEAM_ST
H2O_WARMto slurry
to boiler
RT-A001
RT-A002
RT-A004
Réservoir derétention EAU
TK-A002
RX-A003
PP-A008 PP-A009
RT-A005
CO2
RT-A003
BACKSET_40
45% solide
TK-A001
25% sol
28% sol. 20psig
ST_SOLID
P=100psig
PP-A010
PP-A011
Préparation du mashCuisson du mash (Jet-cooker)Décanteurs centrifugesSaccharificationFermentationColonne à distillerSéchage des DDGSMembrane de pervaporation pour produire l ’éthanol à 99.5%
Simulation : Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Université de SherbrookeDépartement Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à 99,5% vol. à partir de grains de
maïs.
SIZE FSCM NO DWG NO REV
0
SCALE 1 : 1 Par: GBeauvais et DPion SHEET 1 OF 1
Convoyeur
Propriétés du produit final:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol: 99.50% poids/poids d'éthanol: 99.19% mole éthanol: 97.95
Informations supplémentaires:
Composition des grains de maïs:Fécule de maïs* : 72 Wt%Protéines*: 9 Wt%Huile*: 3 Wt%Fibres et cendres (pertes)* : 16Wt%Humidité: 15.5Wt% * : base sèche
VapeurP=100psig
27% solidepH 6.3T<60C
(important)
a-amylase(HIGH T L120)0.05-0.8 w/w
Jet Cooker(hydroheater)
Tubet= 20 min
T=120c
Flash chamberP=8.4psiat=30 min.
T=85c
T=30c
Saccharificationglucoamylase
enzyme fixée surpackingT=65Ct=1h
Pressurerelief
pH 6.0 à 6.5
recyclagedes cellules
Ca(OH)2 pour pH
T=65C
eau fraîche15c
eau fraîche15c
VapeurP=100psig
t=5min.
TA-A001
SI-A001
CC-A001-1CC-A001-2
CV-A001
CT-A001
DR-A001
Évaporateur
EV-A001
MX-A001
PP-A001
JT-A001
RX-A001
HX-A001
HX-A002
CU-A001
PP-A003
PP-A004PP-A005
RX-A002
PP-A002
PP-A006
TU-A001
Steam ejectorPP-A007
ME-A001
Réservoirs d'entreposaged'éthanol
TK-A014
MASH1
MASH2
MASH3
DEXTRINS1
DEXTRINS2
S_SUSPENSION
DEXTRINS3
DEXTROSE1
DEXTROSE2
ETHANOL3
DISTILLAT
RAFFINAT
BACKSET
PRE_EVAP
BACKSET_60
CONCENTRE
DDGS_WET
DDGS
AIR_INAIR_OUT
VAPEURto boiler
VAPEUR1
STEAM_COOKSTEAM_ST
H2O_WARMto slurry
to boiler
RT-A001
RT-A002
RT-A004
Réservoir derétention EAU
TK-A002
RX-A003
PP-A008 PP-A009
RT-A005
CO2
RT-A003
BACKSET_40
45% solide
TK-A001
25% sol
28% sol. 20psig
ST_SOLID
P=100psig
PP-A010
PP-A011
Bilan aux membranes
Entrées SortiesFractionsmassiques
Fractions massiques #1 #2
Éthanol 0.78 Éthanol 0.9995 0.20Eau 0.22 Eau 0.0005 0.80Débit Total (Kg/h) 50 504 Débit Total (Kg/h) 50 450
Bilan global du procédéEntrées au procédé Sorties au procédé
Maïs (15.5% humidité) 152 TM/hr Vapeur 1 (réservoir flash) 21.7 TM/hrEau fraîche (54°C chaleurrécupérée de HX-A001)
216.2 TM/hr Vapeur (évaporateur) 215.0 TM/hr
Eau fraîche à températurecontrôlée (58°C)
33.0 T.M/hr Vapeur (refroidisseur flash) 3.1 TM/hr
Vapeur (pour cuisson) 42.6 TM/hr DDGS 55.8 TM/hrHumidité dans le gaz à lasortie du séchoir
55.2 TM/hr
Distillat (eau –éthanol) 59.8 TM/hrCO2 36.7 TM/hr
Total 444 TM/hr Total 446 TM/jour
Bilan énergétique globalConsommation du procédé Sorties du procédé (T ref = 15C)
Vapeur au cuiseur (100psig; =2.047 MJ/kg)
42.6 TM/hr Eau du condenseur del'éjecteur (Cp = 4.18MJ/TMK; T = 54.4C)
630.5 TM/hr1.04E5MJ/hr
Vapeur à l'éjecteur duréservoir flash (100 psig)
24.9 TM/hr Condensat de l'éjecteur à 73.5C
43.1 TM/hr0.105E5MJ/hr
Vapeur au bouilleur de lacolonne de distillation (100psig)
2.23E5 MJ/hr108.9 TM/hr
Échangeur HX-A002 :réfrigérant nécessaire, bouclefermée.
(360.3 TM/hr0.608E5MJ/hr)pas considéré
Vapeur aux évaporateurs(150 psia; =2.01 MJ/kg )
59.5 TM/hr Eau du condenseur de lacolonne (15 à 60C)
.989E5 MJ/hr525.8 TM/hr
Condensats des évaporateurs(T entre 200 et 300 F)
283 TM/hr1.51E5MJ/hr
Vapeur de l'effet 8 (14.7 psia) 0.72E5 MJ/hrVapeur du refroidisseurflash
0.03E5 MJ/hr
Total 235.9 TM/hr4.83 E5 MJ/hr
Total 4.39 MJ/hr
Production quotidienne
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
1 207 021 litres/jour d’éthanol à 99,5% w/w.
1334 TM/jour DDGS
Pour une production de 300 millions L/anRequiert 912 000 TM/an de maïs
soit 10% de la production canadienne
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Technologie B : Procédé à base d’éthylène
Université de
Sherbrooke
Département
Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à
99,5% vol. à partir de l'éhtylène
SIZEFSCM NO DWG NO REV
3SCA
LE1 : 1 Par : Équipe D
SHE
ET1 OF 1
Propriétés du produitfinal:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol:99.50% poids/poids d'éthanol:99.19% mole éthanol:97.95
Informationssupplémentaires:
Eau
Éthylène à 100%
TK-B01
PP-B01-02
PP-B03-04
PP-B05-06
TK-B03
Acide sulfurique 96%
TK-B08
PP-B31-32
PP-B33-34
HX-B03
PP-B29-30
TK-B07
PP-B37-38
TK-B10
PP-B41-42TK-B09
Tour de refroidissement
TR-B01-02
TK-B02
Eau de refroidissement
Eau de refroidissement
TK-B06
PP-B13-14
PP-B15-16
ME-B01
TK-B11 PP-B43-44
PP-B57-58Vers HX-B02
PP-B59-60Vers HX-B03
PP-B61-62Vers CU-B03
PP-B63-64Vers RX-B01
TK-B12
TK-B13 PP-B47-48 TK-B14PP-B49-50
TK-B15
PP-B51-52TK-B17
TK-B16
HX-B01
PP-B21-22 PP-B55-56
PP-B09-10
CU-B01
CU-B04
PP-B45-46
PP-B25-26PP-B53-54
RX-B01 CU-B02
PP-B17-18
CU-B03
PP-B39-40
HX-B02
PP-B65-66Vers HX-B01
PP-B67-68UTE-B01
PP-B69-70
DM-B01
Eau de ville
Vers CV-B01
Vers TK-B01
CV-B01
PP-B71-72
PP-B73-74
Vers UTE
Réacteur d’hydrolyse•C2H4 + H2O + H2SO4 = C2H5OH + (C2H6)2O + H2SO4
Colonne de strippage
Récupération de l ’acide sulfurique
Membrane de pervaporation
Concentration de l ’éthanol à 99.5% massique
Colonne à distiller
Séparation de l ’oxyde de diethyl de l ’éthanol
Colonne de lavage
Enlever les vapeurs d ’acide
Services
U.T.E., Déminéraliseur, Tour de refroidissement
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Simulation : Procédé à base d’éthylène
Université de
Sherbrooke
Département
Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à
99,5% vol. à partir de l'éhtylène
SIZEFSCM NO DWG NO REV
3SCA
LE1 : 1 Par : Équipe D
SHE
ET1 OF 1
Propriétés du produitfinal:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol:99.50% poids/poids d'éthanol:99.19% mole éthanol:97.95
Informationssupplémentaires:
Eau
Éthylène à 100%
TK-B01
PP-B01-02
PP-B03-04
PP-B05-06
TK-B03
Acide sulfurique 96%
TK-B08
PP-B31-32
PP-B33-34
HX-B03
PP-B29-30
TK-B07
PP-B37-38
TK-B10
PP-B41-42TK-B09
Tour de refroidissement
TR-B01-02
TK-B02
Eau de refroidissement
Eau de refroidissement
TK-B06
PP-B13-14
PP-B15-16
ME-B01
TK-B11 PP-B43-44
PP-B57-58Vers HX-B02
PP-B59-60Vers HX-B03
PP-B61-62Vers CU-B03
PP-B63-64Vers RX-B01
TK-B12
TK-B13 PP-B47-48 TK-B14PP-B49-50
TK-B15
PP-B51-52TK-B17
TK-B16
HX-B01
PP-B21-22 PP-B55-56
PP-B09-10
CU-B01
CU-B04
PP-B45-46
PP-B25-26PP-B53-54
RX-B01 CU-B02
PP-B17-18
CU-B03
PP-B39-40
HX-B02
PP-B65-66Vers HX-B01
PP-B67-68UTE-B01
PP-B69-70
DM-B01
Eau de ville
Vers CV-B01
Vers TK-B01
CV-B01
PP-B71-72
PP-B73-74
Vers UTE
Entrées Sorties
Fr. massiques
#1 #2 #3
Fractions massiques
#1 #2 #3 #4
H2SO4 0.7421 H2SO4 0.549 0.8245
Éthanol 0.1656 Caustic 0.451
Eau 0.0375 1 Oxyde de diéthyl 0.9058
Oxyde de diéthyl 0.0495 Éthanol 0.0002 0.6717
Éthylène 0.0053 Eau 0.0035 0.3293 0.1755
Caustic 1 Éthylène 0.0905
Débit Total (Kg/h) 270 439.3 Débit Total (Kg/h) 270 438.8
Bilan des colonnes d ’extraction
Bilan global du procédéEntrées Sorties
Fractions massiques#1 #2 #3 #4
Fractions massiques #1 #2 #3
H2SO4 1 H2SO4 0.013Éthylène 1 Éthylène 0.0905Eau 1 Eau 0.0035 0.0004Caustique 1 Caustique 0.010
Éthanol 0.0002 0.9996 0.977Oxyde dediéthyl
0.9058
Débit Total (Kg/h) 49 652.8 Débit Total (Kg/h) 49 616.1
Production quotidienne
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
1 009 053 litres/jour d ’éthanol à 99,5% vol.
370 000 litres/jour d ’oxyde de diéthyle
Pour une production de 300 millions L/anRequiert 570 millions L/an d ’éthylène soit 7% de la production canadienne
Dimensionnement et coûts : Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Université de SherbrookeDépartement Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à 99,5% vol. à partir de grains de
maïs.
SIZE FSCM NO DWG NO REV
0
SCALE 1 : 1 Par: GBeauvais et DPion SHEET 1 OF 1
Convoyeur
Propriétés du produit final:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol: 99.50% poids/poids d'éthanol: 99.19% mole éthanol: 97.95
Informations supplémentaires:
Composition des grains de maïs:Fécule de maïs* : 72 Wt%Protéines*: 9 Wt%Huile*: 3 Wt%Fibres et cendres (pertes)* : 16Wt%Humidité: 15.5Wt% * : base sèche
VapeurP=100psig
27% solidepH 6.3T<60C
(important)
a-amylase(HIGH T L120)0.05-0.8 w/w
Jet Cooker(hydroheater)
Tubet= 20 min
T=120c
Flash chamberP=8.4psiat=30 min.
T=85c
T=30c
Saccharificationglucoamylase
enzyme fixée surpackingT=65Ct=1h
Pressurerelief
pH 6.0 à 6.5
recyclagedes cellules
Ca(OH)2 pour pH
T=65C
eau fraîche15c
eau fraîche15c
VapeurP=100psig
t=5min.
TA-A001
SI-A001
CC-A001-1CC-A001-2
CV-A001
CT-A001
DR-A001
Évaporateur
EV-A001
MX-A001
PP-A001
JT-A001
RX-A001
HX-A001
HX-A002
CU-A001
PP-A003
PP-A004PP-A005
RX-A002
PP-A002
PP-A006
TU-A001
Steam ejectorPP-A007
ME-A001
Réservoirs d'entreposaged'éthanol
TK-A014
MASH1
MASH2
MASH3
DEXTRINS1
DEXTRINS2
S_SUSPENSION
DEXTRINS3
DEXTROSE1
DEXTROSE2
ETHANOL3
DISTILLAT
RAFFINAT
BACKSET
PRE_EVAP
BACKSET_60
CONCENTRE
DDGS_WET
DDGS
AIR_INAIR_OUT
VAPEURto boiler
VAPEUR1
STEAM_COOKSTEAM_ST
H2O_WARMto slurry
to boiler
RT-A001
RT-A002
RT-A004
Réservoir derétention EAU
TK-A002
RX-A003
PP-A008 PP-A009
RT-A005
CO2
RT-A003
BACKSET_40
45% solide
TK-A001
25% sol
28% sol. 20psig
ST_SOLID
P=100psig
PP-A010
PP-A011
Nom de l'équipement Unités Identification coût unité coût total FournisseurSilos à grain 8 SI-A001 759599 6 076 792 TimmerhausDécanteur centrifuge 6 CT-A001 450 000 2 700 000 Baker ProcessMembrane de pervaporation 1 ME-A001 4 219 995 4 219 995 Sulzer Metco
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationSilos à grains de maïs SI-A001
Paramètres Unités Prix estimé unitaire759,599 $Dimension désirée Prix estimé total6,076,792 $
Débit 253 m3/h Calculs de l'estimé du prix
Volume annuel 1,000,000 m 3Peters M. Timmerhause
Remplissage 12 fois l'an Prentice Hall (1998)
Volume mensuel 83,333 m 3Grands contenants d'acier au carbone
Nombre d'unités 8 N/A pas de corrosion
Volume choisi 10,417 m 3p.540, graphique coût vs capacité
Diamètre 18 m
Hauteur 41 m Conversion de coût:taux de change US-CAN : 0.69indice d'inflation : 1990 = 922.82000 = 1026
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationDécanteurs centrifuges CT-A001
Paramètres Unités Paramètres UnitésMatériaux de fabrication type modèle 6150acier inoxydable (316SS) unité 6Matière et fluide entrant prix estimé unitaire: 450 000 $
kg/h m3/h prix estimé total: 2 700 000 $ eau (10% résidus) 69 518 69
dextrine (28% résidus) 527 181 480Matière et fluide sortant
kg/h m3/hdécantés (30% résidus) 65 613 52 dextrine (25% résidus) 531 088 498 Propriétés de la matière entrantPression 359 kPaTempérature 85 °CSolide en suspension 25 wt %diamètre des particules 3 mmdensité des particules 2000 kg/m3
Modèle 6150
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationMembrane de pervaporation SMS 30-11 ME-A001Paramètres Unités Paramètres UnitésMatériaux de fabrication Dimension désirée
céramique Surface d'échange 16 880 m 2
matière entrante dans colonne à distiller Charge thermique 632 MJ/hMM fraction Paramètres d'opération
éthanol 78 % w/w Puissance EI 30 kweau 22 % w/w Pression 220 kPa
Débit 59 834 kg/h Température vapeur saturée 170 °C
Débit 71 m 3 /h Débit vapeur saturée 6 100 kg/h
Pression 220 kPa
Densité 838 kg/m 3Paramètres Unités
Viscosité 1 cP matière entrante dans membrane
Température 80 °C Débit 50 504 kg/h
fraction d'eau 7 % w/w
Nombre d'unité requis Unités matière sortante de membraneDimension désirée Rétentat 46 441 kg/h
Surface / unité 767.3 m 2fraction d'eau 0.5 % w/w
Nbre d'unités 22 N/A Perméat 4 063 kg/hNbre module/unité 32 N/A fraction d'eau 80 % w/wNbre de modules 700 N/A Prix estimé 4 219 995 $
Surface/module 25 m 2Fournisseur: Sulzer Canada Inc.
Université de
Sherbrooke
Département
Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à
99,5% vol. à partir de l'éhtylène
SIZEFSCM NO DWG NO REV
3SCA
LE1 : 1 Par : Équipe D
SHE
ET1 OF 1
Propriétés du produitfinal:Gravité spécifiques (60°F):0.7962Composition:% par volume d'éthanol:99.50% poids/poids d'éthanol:99.19% mole éthanol:97.95
Informationssupplémentaires:
Eau
Éthylène à 100%
TK-B01
PP-B01-02
PP-B03-04
PP-B05-06
TK-B03
Acide sulfurique 96%
TK-B08
PP-B31-32
PP-B33-34
HX-B03
PP-B29-30
TK-B07
PP-B37-38
TK-B10
PP-B41-42TK-B09
Tour de refroidissement
TR-B01-02
TK-B02
Eau de refroidissement
Eau de refroidissement
TK-B06
PP-B13-14
PP-B15-16
ME-B01
TK-B11 PP-B43-44
PP-B57-58Vers HX-B02
PP-B59-60Vers HX-B03
PP-B61-62Vers CU-B03
PP-B63-64Vers RX-B01
TK-B12
TK-B13 PP-B47-48 TK-B14PP-B49-50
TK-B15
PP-B51-52TK-B17
TK-B16
HX-B01
PP-B21-22 PP-B55-56
PP-B09-10
CU-B01
CU-B04
PP-B45-46
PP-B25-26PP-B53-54
RX-B01 CU-B02
PP-B17-18
CU-B03
PP-B39-40
HX-B02
PP-B65-66Vers HX-B01
PP-B67-68UTE-B01
PP-B69-70
DM-B01
Eau de ville
Vers CV-B01
Vers TK-B01
CV-B01
PP-B71-72
PP-B73-74
Vers UTE
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Dimensionnement et coûts : Procédé à base d’éthylène
Nom de l'équipement Unités Identification coût unité coût total Fournisseur
Déminéralisateur 1 DM-B01 1 010 000 1 010 000 Aquarius
Réservoir tampon (CU-B04) 4 TK-B17 1 607 566 6 430 265 Timmerhaus
Tours de refroidissement 2 TR-B01-02 185 680 371 360 Timmerhaus
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationDéminéralisateur DM-B01
Paramètres Unités ComposantesMatériaux de fabrication Filtre bi-couche
acier Filtre de sécuritéMatière et fluide entrant Échangeurs d'ions
Masse molaire% w/w Pompes de régénération/recirculationEau de ville 18.02 23% Pompes de régénération/stockage des réactifsEau de UTE 18.02 77% Armoire de commande et programmation
Total 100%
Paramètres UnitésDonnées sur la matière entrante Prix estimé 1 010 000 $
Débit 61 156 kg/h Fournisseur : Aquarius Technologies inc.Débit 269 gpm kg/h $
Débit 61 m 3 /h Estimation 16 000 450 000 Pression 101.3 kPa 61 578 1 010 174
Densité 999 kg/m 3
Viscosité 1 cpTempérature 20 °C
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationTours de refroidissement TR-B01-02
Paramètres ParamètresUnités
Matériaux de fabrication Dimension désirée
bois Nombre d'unités 2Matière et fluide entrant Charge thermique 37 725 MJ/h
Masse molaire F. massique Paramètres d'opération (sortie)
Eau 18.02 1.0000 Pression 101.3 kPa
Paramètres Unités Température 20 °CDonnées sur la matière entrante
Débit 301 m 3 /h Calculs du coût:Pression 120 kPa référence: Peter & Timmerhaus p. 810, fig. B-6
Densité 999 kg/m 3 300 m3 /h = 1321 gpmViscosité 0.5 cp Tour de refroidissement en bois, cross-flowTempérature 60 °C capacité d'abaisser température de 25 °C.
coût unitaire : 110 000$ US (janvier 1990)Prix estimé unitaire: 185 680 $ delta T°C requis : 60-20°CPrix estimé total: 371 360 $ coût total: 2*110 000$ US (janvier 1990)
FICHE TECHNIQUE
Équipement Numéro d'identificationRéservoir tampon pour colonne CU-B04 TK-B17
Paramètres ParamètresUnités
Matériaux de fabrication Dimension désirée
acier au carbone Volume total 2300 m 3
Recouvrement intérieur PVC Volume unité 575 m 3
Diamètre 7 m3Matière et fluide entrant Hauteur 14.9 m3
Acide sulfurique (96%) 97 m 3 /h Nbre d'unités 4 N/A
Température 70 °CPression 101.33 kPa
Fluide corosif oui Coût unitaire: 1 607 566 $Coût total: 6 430 264 $
Calculs du coût: Calculs de l'estimé du prixréférence: livre de Peters and Timmerhaus référence Timmerhaus
575 m3 = 151 899 gallons réservoirs grand volume recouverts PVCcoût = 1.5*coût réservoir de 100 000 gallons p.539, graphique coût vs capacitécoût = 1.5*600 000 $ (US janvier 1990) (réservoir recouvert de PVC) Valide pour environ 24 heures de production
HAZOP: Fiches de sécurité MSDS
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Toxicité et degré de risque
TLV 1000 ppmSanté 2Inflammabilité 4Réactivité 0
Légende : 0 rien1 léger2 modéré3 sévère4 extrêmeTLV : Taux limited’expositionProtection personnel
Système de ventilation
Un système d’échappement local ou général est recommandé pour maintenir l’exposition des travailleursà un niveau inférieur à celui de la limite d’exposition au produit dans l’air.
Appareil respiratoire autonome
TLV Pas besoin de respirateurefficace jusqu’à 10 foisle TLV
Demi-masque avec cartouche de protection
efficace jusqu’à 50 foisle TLV
Masque respiratoire avec cartouche de protection
Niveau d’expositioninconnu ou urgence
Masque à adduction d’air, à pression positive intermittente, couvrant tout levisage
Protection pour la peau
Gant de caoutchouc ou néoprène, couvre-tout, bottes et veste imperméables et anti-acidesProtection pour les yeux
Lunettes de sécurité. Maintenir un bain oculaire d’urgence et des installations de douches rapides dans lazone de travail
Par exemple pour l ’éthanolQuestionnaire pour identification Hazop
Oui N/AÉtude future
Commentaire
GénéralL'aire du procédé est-il correctement drainée? A-t'on besoin de mur de feu, digues et garde-fou spécial?Les obstructions dans le sol sont-elles dangereuses?Les restrictions au dessus du procédé sont-ils dangereux?A-t-il assez de dégagements?Espace sécuritaire d'entrepôt pour les matériels brutes et les produits finis?Plate-formes adéquates pour les opérations de maintenance?Monte-charges et élévateurs correctement disposés
BuildingLes échelles, escaliers et sorties d'urgence sont-ils adéquats?Porte contre le feu requis?Les obstructions pour la tête sont-elles bien inscrites?Ventilation adéquate?Besoin que les échelles et les escaliers soient recouverts?Les endroits ou l'utilisation de lunettes de sécurité sont nécessaires sont bien affichés?A-t-on besoin de structure d'acier à l'épreuve du feu?
ProcédéLes conséquences de l'exposition du procédé adjacent sont-elles considérées?Hotte pour fumée et poussières requises?Matériel instable correctement entreposé?Le laboratoire du procédé est vérifié pour les conditions d'explosive?Disposition pour la protection en cas d'explosion?Réaction dangereuse possible en cas d'erreur de contamination?Chimie du procédé complètement compris et revue?Disposition rapide des réactants en cas d'urgence?Bris de l'équipement mécanique possible cause t-il du danger?Danger possible causé par un blocage dans les tuyaux ou les équipements?Disposition faite pour le matériel toxique?Danger potentiel dans le matériel du système d'égout?Feuilles des informations de sécurité disponibles pour tous les produits chimiques? Danger possible venant de la perte d'un ou plusieurs utilités?Facteur de sécurité modifié par la révision du design?
Conséquences du pire accident ou d'une série d'accident, revue?
TuyauterieDouches et bain pour yeux disponibles?Systèmes de sprinkler requis?Disposition pour une expansion thermique?Tout les lignes de débordement sont dirigées vers un endroit sécuritaire?Les lignes de ventilations sont dirigées dans un lieu sécuritaire?Les spécifications de la tuyauterie est suivies?A-t-on besoin de "hoses"?
Spécimen
Layout : Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
PP-A001
JT-A001
Parc destockage
C onc as s eurC C -A001
TA-A001
Tamis
MX-A001
RX-A001
PP-A007
TK-A002
PP-A006
PP-A002
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
SI-A001SILO
RX-A001
RX-A001
RX-A001
RX-A001
RX-A001
EV-A001DR-A001
PP-A009
CU-A001
PP-A004
PP-A005
CV-A001
RT-A001
AIRE DESTATIONNEMENT
AIRE DE CHARGEMENTDDGS
AIRE DE CHARGEMENT DES GRAINSPAR TRAIN
CHEMIN DE FER
ENTRÉE CAMIONSCITERNE
ENTRÉE CAMIONS DDGS
ENTRÉESTATIONNEMENT
EMPLOYÉS
RX-A002
AIRE DE CHARGEMENT DEL'ÉTHANOL PAR TRAIN ET PAR
CAMION
TK-A014RÉSERVOIR D'ÉTHANOL
TU-A001
TK-A001
CT-A001
MEMBRANES
HX-A002
HX-A003
HX-A001
RX-A002
RX-A002 RX-A002
RX-A002 RX-A002
RX-A002 RX-A002
RX-A002 RX-A002
RX-A002 RX-A002
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RX-A003 RX-A003 RX-A003 RX-A003
RT-A002
RT-A003
RT-A004
RT-A005
TK-A014RÉSERVOIR D'ÉTHANOL
ÉQUIPEMENTS TRÈS HAUTDÉPASSANT LE BÂTIMENT
MAINTENANCE
SALLE D'OPÉRATION
BUREAUX
LÉGENDE:
1 MÈTRE CARRÉ
HAUTEUR DU PLAFOND = 9 MÈTRES
USINE D'ÉTHANOL À PARTIR DU MAÏS
Usine
PartiehumidePartie sèche
Silos
Réservoirs d ’éthanolParc de stockage
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Sécurité et Layout : Procédé à base d’éthylène
RX-B01
TK-B12d = 12m
h = 17.7m
TK-B13d = 12mh = 9.4m
CU-B01
CU-B02
TK-B14d = 12m
h = 18.6m
CU-B03
TK-B08Oxyde dediéthylène
TK-B15d = 11 m
h = 17.9 m
HX-B03
ME-B01MEMBRANES DE PERVAPORATION
HX-B01
HX-B02
UTE-B01USINE DE TRAITEMENT DES EAUX
DM-B01d = 7m
h = 10mCU-
B04
TK-B10Éthanold = 9m
h = 16.5m
TK-B09d = 12m
h = 17.7meau impure
TK-B16d = 11m
h = 16.3m
TK-B17d = 7.3mh = 10m
TK-B02H2SO4
TK-B03Éthylèned= 12m
h= 17.7m
TK-B01eau pureD= 6m
H= 14.1m
TK-B11Réservoir d'eau de refroidissement
d= 18mh= 29.5m
TK-B07
PP-B43-44
STATIONNEMENT
BUREAUX
SALLED'OPÉRATION
CAFÉTÉRIA
MAINTENANCE
Université de SherbrookeDépartement Génie chimique
Production de 1 000 000 L/jour d'éthanol à 99,5% vol. à partir d'éthylène
SIZE FSCM NO DWG NOREV
0
SCALE Par : Équipe D SHEET 1 OF 1
ENTRÉE ET SORTIE POUR CAMIOND'ÉTHANOL ET OXYDE DIÉTHYLÈNE
Tour derefroidiss
ement
Tour derefroidiss
ement
Tour derefroidiss
ement
TK-B03Éthylèned= 12m
h= 17.7m TK-B08Oxyde dediéthylène
TK-B08Oxyde dediéthylène
TK-B10Éthanold = 9m
h = 16.5m
TK-B12d = 12m
h = 17.7m
TK-B13d = 12mh = 9.4m
TK-B13d = 12mh = 9.4m
TK-B17d = 7.3mh = 10m
TK-B17d = 7.3mh = 10m
TK-B17d = 7.3mh = 10m
TK-B16d = 11m
h = 16.3m
ENTRÉE ET SORTIE POUR CAMIOND'ÉTHYLÈNE ET H2SO4
CH
EM
IN D
EF
ER
CH
EM
IN D
EF
ER
PP-B65-66
PP-B57-58
PP-B61-62
PP-B59-60
PP-B63-64
PP
-B69-7
0
PP-B41-42PP-B39-40
PP
-B71-7
2P
P-B
73-7
4
PP
-B67-6
8
PP-B29-30
TK-B06
PP-B49-50PP-B15-16PP-B47-48
PP-B17-18
PP-B31-32PP-B51-52
PP
-B01-
02
PP-B13-14
PP-B53-54PP-B09-10PP-B45-46
PP-B21-22PP-B03-04
PP-B05-06
PP-B33-34PP-B37-38
PP-B55-56PP-B25-26
STATIONNEMENT
CAFÉTÉRIA
LE PLAN DE L'USINE
MAINTENANCE
SALLED'OPÉRATION
BUREAUX
LÉGENDE:
PARC DESRÉSERVOIRS
SALLE DES POMPES
RÉACTIFS OU PRODUITS
RÉSERVOIRSTAMPONS
SALLED'OPÉRATI
ON
CV-B01
Traitement des eaux
UsineSalle des pompes
Parc de réservoirs
Choix du site et étude d ’impact: Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
BARRIE (ONTARIO)
Attraits majeurs du siteAttraits majeurs du site
la proximité des producteurs de maïsla proximité des producteurs de maïs
les moyens de transports disponibles (ferroviaires et les moyens de transports disponibles (ferroviaires et routiers) routiers)
les considérables ressources en eaux douces disponible les considérables ressources en eaux douces disponible par le biais du Lac Simcoepar le biais du Lac Simcoe
les infrastructures industrielles et la proximité de Toronto les infrastructures industrielles et la proximité de Toronto pour la main d'œuvre spécialiséepour la main d'œuvre spécialisée
le positionnement géographique de Barrie assurant une le positionnement géographique de Barrie assurant une proximité du marché américainproximité du marché américain
AIRRejet émis dans l ’air par l ’usine• CO2 (non réglementé)• Matières particulaires
EAUEau de procédéFonctionne en circuit fermé
Choix du site et étude d ’impact: Procédé à base d ’éthylène
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
ST-ROMUALD (QUÉBEC)
Attraits majeurs du siteAttraits majeurs du site
les moyens de transports disponibles (ferroviaires, les moyens de transports disponibles (ferroviaires, maritimes et routiers) maritimes et routiers)
les infrastructures industrielles et la proximité de Québec les infrastructures industrielles et la proximité de Québec pour la main d'œuvre spécialiséepour la main d'œuvre spécialisée
AIRAUCUN REJET DE L ’USINE DANS L ’AIR AUCUN REJET DE L ’USINE DANS L ’AIR À L ’EXCEPTION DE LA VAPEUR D ’EAUÀ L ’EXCEPTION DE LA VAPEUR D ’EAU
EAU Eaux neutralisées provenant de l ’UTE [pH [email protected], Tmax=25°C, 10 ppm sel]
RESPECTE LARGEMENT LES NORMES!RESPECTE LARGEMENT LES NORMES!
Prix de l ’éthanol (avant taxe)
Essence conventionnelle [25.2 MJ/L]
345 $CAN/m3 * 1m3/1000 L / 25.2 MJ/L = 0.01369 $CAN/MJ
Éthanol [23.7 MJ/L]
0.01369 $CAN/MJ * 23.7 MJ/L *1000 L/m3 = 325 $CAN/m3
Analyse économique
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Échelonnée sur 20 ans
Conversion des dollars 0.69$US/$CAN
Revenus
Procédé AÉthanol (325 $CAN/m3)DDGS (270 $CAN/m3)
Taux d ’imposition
Procédé A : - 30 % (Ontario) Procédé B : - 34 % (Québec)
Manuel référence pour l ’analyse économique
Plant Design and Economics for Chemical EngineersPour les deux procédés
ConsommationProduction direct 60% du coût de fabricationFrais fixe 20% du coût de fabricationPlants 60%(supervision, main d'oeuvre, maintenance)
main d'œuvre ---------supervision 15% main d'œuvre
maintenance 8% du capital fixe
Général 10% du coût de fabricationSomme = Coût de fabrication
Facteurs de dépensesCoût d ’opération
Coût de fabrication + Dépenses générales
Facteurs de dépensesAmortissement
30 % (classe 43 CCA)
EmpruntÀ 8 % d’ intérêt sur 10ansProcédé B
Éthanol (325 $CAN/m3)Oxyde de diéthyle [ether] (750 $CAN/m3)
Procédé éthylène Procédé maïsConsommation Prix/m3 Consommation Prix/m3
Éthylène 300 Maïs* 72Eau 0.23 Eau 0.44
Vapeur 0.00227 Vapeur 0.0037H2SO4 135 Enzymes 0.8NaOH 700
Facteurs de dépenses Matières premières
Procédé A : - Maïs, H2O Procédé B : - Éthylène, H2O, H2SO4, NaOH
Analyse de sensibilité : Procédé à base de maïs
y = -4.5071x - 106.15
y = 5.2176x - 106.88
y = -2.0973x - 106.15
-500 $
-400 $
-300 $
-200 $
-100 $
0 $
100 $
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Variation en %
Va
leu
r p
rés
en
te e
n m
illio
ns
Prix éthanol $CAN/MJ
Prix matières premières
Coût de fabrication
Coût de fabrication
Prix éthanol ($CAN/MJ)
Matières premières
Analyse économique : Procédé à base de maïs
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Facteurs déterminantsFacteurs déterminants
1er Prix éthanol
2e Coût de fabrication
3e Matières premières
Investissement: 207 600 500$CAN
Prix de vente de l ’éthanol: 325$CAN/M3
Valeur présente nette: (-106 151 000) $CAN
TRI 6.29%
Analyse de sensibilité : Procédé à base d'éthylène
y = -2.7217x - 367.34
y = 4.2373x - 367.52
y = -7.5701x - 366.93
-900 $
-800 $
-700 $
-600 $
-500 $
-400 $
-300 $
-200 $
-100 $
0 $
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Variation en %
Va
leu
r p
rés
en
te e
n m
illi
on
s
Prix éthanol $CAN/MJ
Prix matières premières
Coût de fabrication
Coût de fabrication
Prix éthanol ($CAN/MJ)
Matières premières
Facteurs déterminantsFacteurs déterminants
1er Prix matière premières
2e Prix éthanol
3e Coût de fabrication
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Analyse économique : Procédé à base d’éthylène
Investissement: 153 750 000$CAN
Prix de vente de l ’éthanol: 325$CAN/M3
Valeur présente nette: (-366 927 000) $CAN
TRI < 0
Étude comparative et recommandations
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol
Production d'éthanol $CAN/m3 $CAN/gal $CAN/MJ Coût relatif àl'essence sur unebase énergétique
Cellulose(Chemical engineering)
547 2.07 0.0231 169 %
Maïs(Chemical engineering)
420 1.59 0.0177 129 %
Maïs(Design :TRI 15%)
393 1.49 0.01658 121 %
Éthylène(Design :TRI 15%)
608 2.30 0.02565 187 %
Prix de l'essence conventionnelle 345 1.30 0.01369 100 %
Augmentation du prix du pétrole• Augmentation direct du prix de l’éthylène• Rend le prix de l ’éthanol produit à partir du maïs concurrentiel
Quantité de maïs nécessaire• La recherche sur les OGM pour la maïs contribuera à la pérennité de la ressource
Utilisation potentiel et exportation• À prix équivalent, les consommateurspréféreront un carburant propre
Le procédé à base de maïs est le plus avantageux !!Le procédé à base de maïs est le plus avantageux !!
Questions ??
Étude comparative de procédés de production d ’éthanol