Le peroxyde d

1
Le peroxyde dhydrogène par oxydation de
lanthraquinol

• 44e promotion de Génie Chimique
• Université de Sherbrooke
• Décembre 2002

2
Plan de la présentation

• Introduction et objectifs du projet
• Marchés ciblés
• Technologies de production du peroxyde
• Bilans de masse
• Analyse de risques
• Choix du site

3
Plan de la présentation (suite)

• Critères de qualité des effluents
• Analyse de risques industriels majeurs
• Analyse économique
• Analyse de sensibilité
• Mot de la fin

4
Introduction

• Janvier 2002 annonce de grands investissements
  de la compagnie Atofina
• 50 millions de dollars
• Usine de Bécancour
• Augmenter sa capacité de production

5
Introduction (suite)

• Le peroxyde dhydrogène (H2O2) est utilisé de
  plus en plus dans lindustrie des pâtes et papier
  pour le blanchiment de la pâte
• Demande croissante due aux restrictions
  environnementales pour les produits chlorés

6
Objectifs du projet

• Étude dingénierie préliminaire pour la
  construction dune usine de H2O2
• 70 000 tonnes (70 )/année
• Technologie par oxydation de lanthraquinol
• Usine au Québec
• Marché pâtes et papier

7
Objectifs du projet (suite)

• Produire un peroxyde de qualité
• Procédé sécuritaire
• Respect de lenvironnement
• Usine rentable

8
Sous - objectifs du projet

• Gestion de projet
• Choix et dimensionnement des différentes unités
• Analyse économique
• Analyse de risques
• Normes environnementales

9
Étude de marché

• Par François Perron

10
Plan

• Applications du peroxyde dhydrogène
• Offre mondiale
• Demande mondiale
• Marché visé
• Capacité de lusine

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Application du H2O2

• Pâte à papier ? agent de blanchiment
• Industrie textile ? agent de blanchiment
• Industrie chimique ? réactif pour la synthèse de
  produits
• Pharmacie et médecine ? désinfectant
• Industrie alimentaire ? stérilisant
• Environnement ? traitement de leau potable
• Métallurgie ? Traitement des surfaces

12
Application du H2O2
Secteur Part du marché
Pâtes et papiers 70
Industrie textile 10
Industrie chimique et pharmaceutique 10
13
Demande mondiale de peroxyde

• Dans les dernières années laugmentation annuelle
  de la demande mondiale de peroxyde dhydrogène
  était de 7 à 8
• Cette année la demande devrait connaître une
  croissance pour se situer à 5
• Une augmentation de lordre de 4 à 5 de la
  demande de peroxyde dhydrogène est prévue cette
  année dans le domaine des pâtes et papiers

14
Demande mondiale de peroxyde

• Amérique du Nord
• Augmentation du marché de 3 à 4 cette année
• Europe
• Augmentation du marché de 2,5 pour les 5
  prochaines années
• Asie Pacifique
• Stable de 1994 à 1998, mais devrait connaître une
  augmentation de 1 dici lannée 2003
• Amérique du Sud
• Information non-disponible, mais lAmérique du
  Sud est la région du monde où lindustrie des
  pâtes et papier est la plus prospère

15
La demande

• Dans plusieurs pays, dont les États-Unis et
  plusieurs communautés dEurope
• adoption ou projets de lois pour minimiser
  lutilisation des produits de blanchiment
  contenant du chlore

16
Offre mondiale de peroxyde
17
Emplacements des 5 plus grands producteurs de
peroxyde
18
Marché Visé

• Industrie des pâtes et papiers du Nord-Est de
  lAmérique du Nord
• Québec
• Ontario
• Nord-Est des États-Unis

19
Capacité de lusine envisagé

• Marché des pâtes et papier du Québec à 50
• 18 000 tonnes/an
• Marché des pâtes et papiers canadiens à 30
• 18 900 tonnes/an
• Marché des pâtes et papiers américain à 5
• 16 800 tonnes/an
• Marché des industries autres à 30 canadien
• 10 000 tonnes/an
• Total 63 700 tonnes de peroxyde
  dhydrogène (70) par année

20
Description du procédé

• Par André LeBlanc

21
Méthode compétitive

• Électrolyse On-Site
• O2 H2O 2e- ? OOH- OH-
• Nouvelle Technologie
• Investissements coûteux
• Anthraquinone
• Technologie connue
• Méthode actuellement utilisée

22
Chimie du procédé
23
Solution de travail

• Une solution Une usine
• Composition déterminante
• Solvants polaires
• Solvants non-polaires
• Changement de composition dans le procédé

24
Composition initiale de la solution de transport
Composant massique
2-EAQ 13
TMB 29
Alcool C9-C11 58
25
Hydrogénation de 2-EAQ

• Grande utilisation du H2 ( gt 90 )
• Nécessité de conserver le catalyseur dans le
  réacteur
• Conversion à 70 pour limiter les formes non
  désirables de quinones ( haut ratio anthra/tetra)
• Réacteur à trois phases
• Débit dhydrogène en excès et système de
  récupération

26
Oxygénation de 2-EHAQ

• Utilisation de lair extérieur
• Pression dopération à 3 atm pour maximiser le
  transfert de masse
• Utilisation à 70-90 de loxygène
• Très grande demande énergétique des compresseurs
• Conversion de 90
• Colonne garnie

27
Extraction

• Concentration du peroxyde à 1,5 massique à
  lentrée
• Concentration à la sortie de 35 massique
• Extraction de plus de 95 du peroxyde
• Débit deau de 30 à 50 fois supérieur que la
  solution de travail
• Colonne à plateaux Sieve

28
Régénération et filtration

• Régénération
• Élimination et régénération des quinones désuètes
• Catalyseur dalumine
• Filtration
• Empêche dépandre le catalyseur dans le procédé

29
Distillation

• Concentration du peroxyde à 70 massique à la
  sortie
• Colonne à plateaux
• Distillation sous vide (5 à 15 kPa)

30
Services

• Traitement leau
• Échangeurs dions
• Déionisation
• Traitement des effluents
• Production dhydrogène
• Bouilloire à vapeur

31
Bilans de matière

• Par Guillaume Simard

32
Débit dentrées et de sorties des unités

• Unité de production dhydrogène
• Unité de production deau déionisée
• Unité dhydrogénation
• Unité doxydation
• Unité dextraction
• Unité de traitement des eaux

33
Unité de production dhydrogène
34
Unité de production dhydrogène
3635 kg/hr de gaz naturel (5280 m3/hr)
10 965 kg/hr de vapeur (18 450 m3/hr)
31 920 kg/hr dair (26 605 m3/hr)
38 540 kg/hr de résidus de combustion (81 540
m3/hr)
14 870 kg/hr deau déminéralisée (15 m3/hr)
736 kg/hr dhydrogène (441 m3/hr)
35
Unité de production deau déionisée
36
Unité de production deau déionisée
4000 kg/hr deau DI pour extr. (4 m3/hr)
20 150 kg/hr deau de la ville (20 m3/hr)
15 000 kg/hr deau DI pour H2 (15 m3/hr)
1150 kg/hr deau pour régén. (1.2 m3/hr)
37
Unités de production principales
38
Unité dhydrogénation
637 236 kg/hr de solution de transport (720
m3/hr)
637 793 kg/hr de solution hydrogénée (720
m3/hr)
557 kg/hr dhydrogène (6112 m3/hr)
737 kg/hr dhydrogène
180 kg/hr dhydrogène
39
Unité doxydation
637 793 kg/hr de solution hydrogénée (720 m3/hr)
646 793 kg/hr de solution de transport (720
m3/hr)
49 000 kg/hr dair (5380 m3/hr)
40 000 kg/hr dair (3797 m3/hr)
40
Unité dextraction
S. T. de Loxydation
41
Unité dextraction/distillation
638 180 kg/hr de solution de transport (720
m3/hr)
3 387 kg/hr deau déionisée (3.4 m3/hr)
12 830 kg/hr de peroxyde dhydrogène (10.7
m3/hr)
647 793 kg/hr de solution de transport avec
peroxyde (720 m3/hr)
170 kg/hr deau à traiter (0.2 m3/hr)
42
Traitement des eaux
43
Unité de traitement des eaux
15 861 kg/hr deau à traiter (16 m3/hr)
177 kg/hr de boues
2000 kg/hr deau de regénération (2 m3/hr)
2856 kg/hr dair (2.9 m3/hr)
15 683 kg/hr deau traitée (16 m3/hr)
1 kg/hr de polymère
44
Analyse de risques

• Par Marc Leduc

45
Analyse des risques

• Mandats principaux
• Assurer la sécurité des travailleurs
• Assurer la sécurité du public
• Protéger lenvironnement
• Minimiser les coûts engendrés par des incidents
• Mandats parallèles
• Procédures de démarrage et darrêt
• Numérotation des équipements
• Diagrammes de procédés

46
Analyse des risques

• Risques associés
• Aux produits chimiques
• Au procédé
• Aux équipements du procédé
• Outils ?
• MSDS, Matrice dinteraction
• Diagrammes découlement à jour
• Check list

What If
47
Analyse des risques

• What If Vérifier que le procédé, les
  équipements et la séquence de ceux-ci sont
  sécuritaires par design

• Moins formel que le HAZOP
• Discussion et modification aux équipements et aux
  diagrammes découlement
• Ajout déquipements
• Critères de design à considérer (notés)
• Unité dhydrogénation considérée plus en détail

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Choix du siteDispositionCritères de qualité des
effluents etCRAIM

• Par Julie Néron
• Carl Graham et
• Hubert Cabana

49
Choix du site

• Choix Parc de Salaberry-de-Valleyfield
• Raisons
• Proximité Pâtes Papiers et autres marchés
• Environnement
• Industries chimiques
• Vente dH2
• Proximité États-Unis et Montréal
• Commodités

50
Localisation de Salaberry- de -Valleyfield
51

• Terrain 40 hectares
• Rues Misaine et Sabord
• Ligne ferroviaire
• Gaz naturel

52
Disposition des équipements
Dimension de lusine 212 X 440 m Terrain de 93
000 m2
53
Plan général de lusine
54
Plan de production deau déionisée
55
Critères de qualité des effluents retenus

• Aucun règlement
• Article 20 de la Loi sur la qualité de
  lenvironnement du Québec
• Critères proviennent du
• Ministère de lenvironnement du Québec
• Conseil canadien des Ministres de lEnvironnement

56
Critères de rejet retenus
57
Analyse des risques daccidents industriels
majeurs
Substances identifiées comme étant dangereuses
par le CRAIM
58
Analyse des risques daccidents industriels
majeurs
59
Analyse des risques daccidents industriels
majeurs
Atténuation des impacts
60
Analyse économique

• Par Stéphane Jubinville

61
Analyse économique

• Plan
• Informer sur le fichier de comptabilité
• Hypothèses
• Choix de la méthode destimation
• Structure et fonctionnement
• Résultats
• Paramètres retenus
• Résultats
• Chiffres daffaires et TRAM
• Analyses de sensibilité

62
Analyse économique

• Hypothèses
• Vente et prix de peroxyde et hydrogène stable
  sur 10 ans
• Liquidation selon la loi de limposition
• Aucune déductions fiscales sur les années
  déficitaires
• Revenus de placement inexistants
• Facteurs économiques tirés de la littérature
  valides pour lindustrie du peroxyde
• Devise stable sur 10 ans
• Linflation a été ignorée lors des calculs

63
Analyse économique

• Choix de la méthode de calculs
• Calculs en utilisant comme base le coût des
  équipements pour lestimation de paramètres
  économiques du coût dinvestissement global et
  coût de production

64
Analyse économique

• Entrée de données
• Facteurs relatifs aux équipements
• Année des prix et transformation en actuels
• Quantité de matières premières
• Quantité d énergie
• Quantité de main-d oeuvre

65
Analyse économique

• Entrée de données
• Choix des facteurs (littérature)

Indice Pourcentage
Installation Variable
Isolation 8
Contrôle 16
Tuyauterie 70
Équip. électrique 15
66
Analyse économique

• Coût de léquipement tout compris

Section de lusine Investissement (CA)
Génération dhydrogène 32 100 000
Hydrogénation 5 400 000
Oxydation 10 300 000
Extraction/distillation 3 700 000
Déionisation de leau 400 000
Traitement des effluents 10 200 000
Traitement de la solution de travail 1 700 000
Équipements périphériques 4 700 000
Total 68 500 000
67
Analyse économique
Valeurs fixées Durée
Temps dentreposage M. P. 30 jours
Temps dentreposage produit 7 jours
Compte-clients 30 jours
Compte-fournisseurs 30 jours
Paiement intérêts de prêt 30 jours
Taxes 1 an
Salaires 15 jours
Nature du fond de roulement Montant ( CAN)
Actif 12 800 000
Passif 6 700 000
Total 19 500 000
68
Analyse économique

• Feuille de coût de production
• Calcul du coût des opérations pour la production
  du peroxyde d hydrogène pour une année
• Coût directs
• M. P., main-dœuvre, maintenance, services, etc.
• Frais fixes
• Dépréciation, taxes, assurances, etc.
• Coût indirects
• Services
• Dépenses générales
• Administration, ventes, financement, RD
• Entrées de données
• Facteurs reliées aux opérations

69
Analyse économique

• Feuille de coût de production
• Calcul du coût des opérations pour la production
  du peroxyde d hydrogène pour une année

Valeurs fixées Montant (CAN) Pourcentage
Coût directs M. P., main-dœuvre, maintenance, services, etc. 28 600 000 54
Frais fixes Dépréciation, taxes, assurances, etc. 10 500 000 20
Coûts indirects 6 400 000 12
Dépenses générales 7 500 000 14
Total 53 000 000 100
Coût par TM de peroxyde 100 1 083 N/A
70
Analyse économique

• Feuille de linvestissement global
• Montant nécessaire à investir pour lensemble du
  projet

71
Analyse économique
Valeurs fixées Coût (CAN)
Coût directs généraux approximatif déquip.
Coût déquipements tout inclus N/A 68 500 000 (48 M)
Bâtiment 15 7 300 000
Terrain 1 500 000
Infrastructure 20 9 700 000
Aménagement du site 10 4 900 000
Total 90 900 000
Coût indirects généraux approxim. capital fixe
Ingénierie 8 11 200 000
Dépenses construction 3 9 800 000
Frais contracteurs 7 4 200 000
Contingence 8 11 200 000
Démarrage 9 12 600 000
Total 49 000 000
Fond de roulement N/A 19 500 000
Total investissement global ou - 30 159 400 000
72
Analyse économique

• Feuille du calcul du TRAM
• Calcul du rendement sur l investissement de
  l entreprise
• Données des revenus, dépenses, dépréciation,
  intérêts sur le prêt, etc.

73
Analyse économique

• Feuille du calcul du TRAM
• Entrée de données
• Prix de vente du peroxyde dhydrogène
  2400 CAN/TM
• Production totale annuelle 49000 TM / an
• Montant revenant de la vente dhydrogène
• Période de l analyse économique 10 ans
• Taxes 40
• Pourcentage de dépréciation (loi impôt)
• Équipements 30
• Bâtiment 4
• Pourcentage dintérêts 7
• Pourcentage du prêt emprunté (61.8 M) 30
• Période de paiement du prêt 5 ans

74
Analyse économique

• Chiffre daffaires annuel
• 120 000 000 CAN
• Pourcentage de TRAM obtenu
• 21.06

75
Analyse économique

• Analyse de sensibilité
• Mêmes hypothèses que celles du fichier
• Hypothèse supplémentaire
• Lanalyse de sensibilité est structurée de
  manière à faire varier quun paramètre à la fois

76
Analyses de sensibilité

• Facteurs critiques
• Facteurs de décision
• Durée de remboursement de prêt, proportion dI.G.
• Facteurs de marché
• Intérêts sur prêt, prix de peroxyde, gaz naturel,
  etc.
• Facteurs de nature de procédés
• Avec ou sans hydrogène

77
Analyses de sensibilité

• Facteur de décisions administratives
• Proportion du prêt sur investissement global

78
Analyses de sensibilité

• Impact en termes directs

Pourcentage de lI.G. en prêt Coût(CA) / TM de peroxyde TRAM
25 1076 (-0.06) 1.12
30 1083 (0.0) ------------
40 1091 (0.06) -1.10
79
Analyses de sensibilité

• Facteur de marché
• Variation du prix du peroxyde dhydrogène

80
Analyses de sensibilité

• Impact en termes directs

Coût(CA) du peroxyde Coût(CA) / TM de peroxyde TRAM
2300 ---------------- -1.99
2400 ---------------- ------------
2500 ---------------- 1.96
81
Analyses de sensibilité

• Facteur de nature de procédé
• Production ou non dhydrogène
• Modifications
• Considération dachat dhydrogène pur
• Enlèvement déquipement pour production H2
• Élimination de lénergie nécessaire
• Modification de facteurs économique
• aménagement du site, infrastructure, bâtiment,
  etc.
• Disparition du revenus de vente dhydrogène
• Main-dœuvre

82
Analyses de sensibilité

• Facteur de nature de procédé
• Production ou non dhydrogène

Nature du procédé Coût(CA) / TM de peroxyde TRAM
Production dhydrogène 1083 21.06
Achat dhydrogène 908 40
83
Analyses de sensibilité

• Conclusion
• Importance des paramètres suivants
• Proportion de linvestissement global en prêt
• Prix du peroxyde dhydrogène sur le marché
• Production ou non dhydrogène

84
Analyses de sensibilité

• Conclusion
• Rentable
• Le choix de construire lusine avec ou sans
  production dhydrogène est un choix entre la
  capacité dautonomie et la rentabilité liée aux
  risques contractuels que comporte un partenariat.

85
Conclusion

• Étude préliminaire dune usine de peroxyde
  dhydrogène
• Capacité de production 70 000 TM/An
• Procédé Choisi Procédé à lanthraquinone
• Investissement Global 159,4 MCAN
•  Payback  10 ans
• TRAM 21

86
Remerciements

• M. Maher Boulos
• M. Jerzy W. Jurewicz
• Benoit Côté
• Les professeurs du département
• Les étudiants de la 44ième promo
• Atofina?

87
Fin

• Des questions?