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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 ÉTUDE D’INGÉNIERIE PRÉLIMINAIRE

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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

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-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

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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

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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

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Description du procédé

RÉACTION : Transestérification

CH2OCOR1

CHOCOR2

CH2OCOR3

Huile ou graisse

+ 3 CH3OHCatalyseur

CH2OH

CHOH

CH2OH

+

R1COOCH3

R2COOCH3

R3COOCH3

Alcool Glycérine BIODIESEL

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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

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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

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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

---

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Section Réaction

Réaction

CSTR

CSTR

Huile

Mélangeur

Méthanol

KOH

Méthanol

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Section Neutralisation

Séparation

CSTR

Colonne à distiller

Méthanol

Décanteur

EauPurification

glycérine

H3PO4Eau Purification

biodiesel

Mélangeur

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Section Purification

Purification du biodiesel

Colonne de lavage

Purification glycérine

Neutralisation

Eau

Eau

Filtres

BIODIESEL

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Section Glycérine

Purification de la glycérine

Glycérine

Eau Purification biodiesel

Séchoir

K3PO4

NeutralisationEau

Colonne à distiller

Centrifugeuse

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Choix et dimensionnement des équipements

• Recherche de données dans la littérature• Choix des procédés sectoriels• Simulation

– Optimisation des procédés

– Dimensionnement des équipements

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Choix et dimensionnement des équipements

• Simulation et optimisation selon la concentration de glycérine dans le biodiesel

• Dimensionnement avec les résultats de la simulation

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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

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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

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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

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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)

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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

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Choix du site

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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

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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.

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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%

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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%

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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

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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%

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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

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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

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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

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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

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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

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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%

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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 %