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Karine Bélanger Pierre-Luc Girard Nathalie Camiré Dragana Hann Philippe Chouinard Daniel Laflamme Jean-Philippe De Serres François
Laflamme Nicole Desnoyers Odile Lamarche
Catherine Dubreuil Julie TremblayMaxim Duchesne
ÉTUDE D’INGÉNIERIE PRÉLIMINAIRE
-Capacité de l’usine-Procédé -Choix et dimensionnement des équipements-Bilan de matière et d’énergie-Analyse de risques-Services-Choix du site-Impacts environnementaux-Analyse économique
Plan de l’exposé
Capacité de l’usineBIODIESEL
•Potentiel du marché canadien est de 100 000 TM /an
•L’ordre de grandeur de la production des usines américaines est entre 7 000 et 40 000 TM/an
L’usine a une capacité de 30 000 TM/an
GLYCÉRINE RAFFINÉE 3 000 TM/an
•L’ordre de grandeur de la production des usines américaines est entre 15 000 et 75 000 TM/an
ENGRAIS K3PO4 400 TM/an
•Production canadienne d’engrais 4.5 millions TM/an
Description du procédé
CHOIX DES RÉACTIFS
Alcool
• MeOH vs EtOH dû au coût de production moins élevé
Huile
• Soya vs Canola dû au coût moins élevé et plus stable
Catalyseur
• KOH vs NaOH pour former l’engrais K3PO4
Acide
• H3PO4 pour former l’engrais K3PO4
Description du procédé
RÉACTION : Transestérification
CH2OCOR1
CHOCOR2
CH2OCOR3
Huile ou graisse
+ 3 CH3OHCatalyseur
CH2OH
CHOH
CH2OH
+
R1COOCH3
R2COOCH3
R3COOCH3
Alcool Glycérine BIODIESEL
Description du procédé
RÉACTIONS INTERMÉDIAIRES
CH2OCOR1
CHOCOR2
CH2OCOR3
Huile ou graisse
+ CH3OHCatalyseur
CH2OH
CHOCOR2
CH2OCOR3
+ R1COOCH3
Alcool Diglycérine BIODIESEL
+ CH3OHCatalyseur
+ R2COOCH3
CH2OH
CHOH
CH2OCOR3
+ CH3OHCatalyseur
CH2OH
CHOH
CH2OH
+ R3COOCH3
CH2OH
CHOCOR2
CH2OCOR3
CH2OH
CHOH
CH2OCOR3
Diglycérine Alcool Monoglycérine BIODIESEL
Monoglycérine Alcool Glycérine BIODIESEL
1
2
3
Description du procédé retenu
Section 1 de la réaction
Section 2 de la
séparation
Section 3 de la purification du biodiesel
Huile de soya MeOH KOH
Eau
H3PO4
MeOHEau
résidus d’huile résidus d’eau BIODIESEL
GLYCÉRINE résidus d’eau
Eau
Section 4 de la purification de la glycérine
FERTILISANT K3PO4
---
PROCÉDÉ
Description du procédé retenu
Section 1 de la réaction
Section 2 de la
séparation
Section 3 de la purification du biodiesel
Huile de soya MeOH KOH
Eau
H3PO4
MeOHEau
résidus d’huile résidus d’eau BIODIESEL
GLYCÉRINE résidus d’eau
Eau
Section 4 de la purification de la glycérine
FERTILISANT K3PO4
---
Section Réaction
Réaction
CSTR
CSTR
Huile
Mélangeur
Méthanol
KOH
Méthanol
Section Neutralisation
Séparation
CSTR
Colonne à distiller
Méthanol
Décanteur
EauPurification
glycérine
H3PO4Eau Purification
biodiesel
Mélangeur
Section Purification
Purification du biodiesel
Colonne de lavage
Purification glycérine
Neutralisation
Eau
Eau
Filtres
BIODIESEL
Section Glycérine
Purification de la glycérine
Glycérine
Eau Purification biodiesel
Séchoir
K3PO4
NeutralisationEau
Colonne à distiller
Centrifugeuse
Choix et dimensionnement des équipements
• Recherche de données dans la littérature• Choix des procédés sectoriels• Simulation
– Optimisation des procédés
– Dimensionnement des équipements
Choix et dimensionnement des équipements
• Simulation et optimisation selon la concentration de glycérine dans le biodiesel
• Dimensionnement avec les résultats de la simulation
Bilans de masse et d’énergie
Section 1 de la réaction
Section 2 de la
séparation
Section 3 de la purification du biodiesel
Section 4 de la purification de la glycérine
4.2 TM/h
97.7 MJ/h
335 MJ/h
0.022 TM/h
4333 MJ/h
4662 MJ/h
3.81 TM/h
1.2 MJ/h
131.3 MJ/h
0.42 TM/h
561 MJ/h
531 MJ/h
Débit massique intrants
Énergie à fournir par section
Énergie dégagée par section
Intrants: 4231 kg/h
Extrants: 4228 kg/h
Analyse de risques
• Dessiner le diagramme détaillé (P&ID) de chaque section
• Identifier les risques associés aux produits et aux équipements du procédé
• Apporter les corrections nécessaires au procédé
• Établir le positionnement normale et sécuritaire des valves contenues dans le procédé
• Établir les vitesses de réponses critiques des contrôleurs
• Évaluer les interactions entre les différentes sections du procédé
• Rédiger les procédures de démarrage et d’arrêt des sections
• Rédiger les procédures de maintenance préventive des équipements
Analyse de risques
– Produits dangereux• MeOH et H3PO4
• Tout équipement en contact avec le MeOH doit posséder un système anti-explosif
• H3PO4 très corrosif
• Sections les plus à risque
Réaction
Séparation & Neutralisation
Services
– Générateur d’azote– Torchère– Génératrice de secours (1750 kW)– 2 Tours de refroidissement (44 m3/h)– Réservoir d’eau de ville (10 m3)– Traitement des effluents (Rejet non-suffisant)
Choix du site
Windsor Hamilton
Coût pour 2.5 acres 250 000 $ 325 000 $
Nb d’habitant 300 000 500 000
Proximité huile de soya ± 1 km ADM-Agri 5 km CanAmera
Accessibilité Voie ferrée
Autoroute
Port au Lac Érié
Voie ferrée
Autoroute
Port au Lac Érié
Proximité des grands centres
370 km Toronto
900 km de Montréal
310 km de Hamilton
5 km de Détroit
70 km Toronto
610 km de Montréal
310 km Windsor
Choix du site
Impacts environnementaux
Caractéristiques du secteur• Situé entre les lacs Érié et Huron• Moins de 15% des terres de la région sont boisées• L’usine est située dans le secteur industriel très développéEffets de l’implantation de l’usine• Peu d’émissions gazeuses• Faible effluent (± 2 m3/h)• Peu de déchets solidesMatière dangereuses• Méthanol• Acide phosphorique
Analyse économique
Bases et hypothèses
1. Les quantités annuelles vendues et produites de biodiesel et de glycérine pure sont stables.
2. Le coût des matières premières et le coût des différents services sont constants.
3. Les valeurs des pourcentages choisies afin de calculer les différents coûts à partir du coût total des équipements représentent bien le procédé étudié.
4. Les revenus d’intérêts des liquidités ne sont pas tenus en compte dans l’analyse.
Analyse économique– Coût d’investissement
• Prix des équipements– Selon le livre de Peter, Timmerhaus and West – Confirmation par les fournisseurs– Coût total en équipement de 3,17 M$ CAN
Coût direct
% installation selon type équipement
Appareil Pourcentage Centrifugeuses 40% Colonnes 60% Convoyeurs 10% Échangeurs de chaleur 40% Évaporateurs 50% Filtres 65% Mélangeurs 30% Pompes 40% Réacteurs 60% Réservoirs 40% Séchoirs 40%
Analyse économique
– Coût d’investissement• Coût direct
– Indices additionnels utilisés
– % reliés aux infrastructures
Pourcentage Isolation des équipements 8% Instrumentation et contrôles (installé) 25% Tuyauterie (installée) 68% Système électrique (installé) 15%
Pourcentage Bâtiment (incluant les services) 55% Aménagement du site (chantier) 15% Services (installés) 45% Site 8%
Analyse économique
Coûts directs
16%
7%
1%
4%
10%
2%42%
8%
2%7% 1%
Équipements
Installation deséquipements
Isolation deséquipements
Instrumentation etcontrôles (installé)
Tuyauterie (installée)
Système électrique(installé)
Coût total deséquipements (toutinclus)
Bâtiment (incluant lesservices)
Aménagement du site(chantier)
Services (installés)
Site
Coûts directs totaux:12.3 M$ CAN
Analyse économique
– Coût d’investissement
• Coûts indirects
Pourcentage Ingénierie et supervision 30% Dépenses de construction 30% Dépenses légales 8% Contracteurs 5%1
Démarrage 50% Contingence 35%
Analyse économique
– Coût d’investissement
• Coûts indirects
Coûts indirects
17%
17%
5%
11%
30%
20%
Ingénierie et supervision
Dépenses deconstruction
Dépenses légales
Contracteurs
Démarrage
Contingence
Coûts indirects totaux: 16 632 800$
• Capital fixe total = 16,6 M$ CAN
• Coût investissement global = 24 M$ CAN
Analyse économique
– Coût de production• Coût de fabrication
• Frais fixes et les frais généraux indirects
• Total de 29.9 M$ CAN
• Dépenses générales
• Total de 2,9 M$ CAN
• Coût de production total annuel
• Coût de fabrication + dépenses générales – amortissement
32,4 M$ CAN = 1091 $ CAN / tonne biodiesel
0.97 $ CAN / Litre biodiesel
Analyse économique
• Prix de vente des produits
Produits Prix de Vente
($ CAN/tonne)
Revenus
(M$ CAN)
Biodiesel 1.11 ( $/L) 37,4
Glycérine 2618 7.6
K3PO4 2310 0.87
Revenus totaux = 45.9 M$ CAN/année
Analyse économique– Rentabilité du projet
•Valeur actualisée (PE)
–Profit actualisé sur 10 ans
–Si PE positive projet accepté
–TRAM 25 %
–PE = 4.3 M$ CAN
•Rendement interne (TRI)
–Intérêt réel sur l’investissement
–Si TRI > TRAM projet accepté
–TRI = 32 %
•Remboursement du prêt –10 ans à 5 % d’intérêt–40 % de l’investissement– Prêt = 9.6 M$ CAN
Analyse de sensibilité
Rentabilité en fonction de la pureté de la glycérine
Facteur influençant le TRI
Appareil Brute 78 %m/m Brute 96 %m/m Glycérine pure
Coûts des équipements 2 484 806,28 $ 2 812 038,30 $ 3 167 188,20 $
Coûts d’installation 1 263 110,69 $ 1 398 018,24 $ 1 547 798,85 $
Énergie requise 1268 kW 1355 kW 1384 kW
Fond de roulement 7 303 449,89 $ 7 302 952,28 $ 7 318 836,58 $
Emprunt 8 161 539 $ 8 838 230 $ 9 580 635 $
PE 2 841 712,25 $ 2 922 160,07 $ 4 316 146,43 $ TRI 30,64% 30,36% 32,25%
Facteur Valeur actuelle Valeur pour TRI > 25% Valeur pour TRI > 0% Production (ton/an)
30 000 > 28585 > 24253
Prix huile soya ($CAD/ton)
700 < 760 < 980
Prix biodiesel ($CAD/litre)
1.11 > 1.05 > 0.82
Analyse de sensibilité
Prix de vente du mélange B20 en fonction du prix de vente
Prix de vente du diesel en fonction du taux de taxation canadien moyen $/L
Diesel avec taxes 0,65Prix du diesel 0,36Taxes 0,29Pourcentage taxes 44%
• Détaxation de 23 %
• Rothsay Laurenco est de l’ordre de 24 %.
$/LB20 avec taxes 0,65Prix du B20 0,51Prix du diesel 0,36Prix du biodiesel 1,11Taxes 0,14Pourcentage taxes 21,05%
Sommaire
- Usine d’une capacité de 30 000 TM/an située à Windsor, ON
- Procédé de transestérification de l’huile de soya par le MeOH et KOH
- Coût d’investissement total de 24 M$ CAN
- Taux de rendement interne de 32 %
- Détaxation de 23 %