Effetto della variabilità di mercato sulla progettazione di impianti chimici

Chapter 1 introduces the classic methodology of Conceptual Design and underlines its main limits. The design of an industrial plant should take into account the market fluctuations, which inevitably affect the prices of all financial products. Chapter 2 illustrates the production process of styrene from ethylbenzene. This process is set as case of study in Chapter 4 to evaluate the effects of market variability on optimal design variables and operative conditions. Chapter 3 analyzes the historical price series of main raw materials and (by)products that characterize the styrene production process and proposes appropriate models to estimate the prices of each component based on crude oil quotations. The oil price plays the role of independent variable in the proposed models of the other components, thus it is necessary to study its historical price series. Two different classes of models are compared and the most performing one is used to evaluate a set of possible forecasting scenarios of prices for each component. Chapter 4 illustrates the state of the art of Conceptual Design and uses one of the most widespread methodologies to optimize the styrene process. Aim of the Chapter is to underline the main limits of this approach and to prove that the standard methodology is not completely reliable and should be avoided when designing and optimizing a chemical plant. Finally, it proposes an innovative methodology that exploits the economic scenarios, to take into account the market variability in the optimal design of chemical plants. This methodology allows ascertaining the effects of price variations on both design and operating process variables.

Il Capitolo 1 del presente elaborato di tesi introduce il lettore alla metodologia classica del Conceptual Design e mette in evidenza la sua principale limitazione. È opportuno che la progettazione di un impianto industriale tenga conto delle fluttuazioni di mercato che inevitabilmente interessano i prezzi di tutti i prodotti scambiati sui mercati finanziari. Il Capitolo 2 presenta in modo dettagliato il processo per la produzione dello stirene a partire da etilbenzene, che viene utilizzato come caso studio nel Capitolo 4 per valutare l’impatto delle fluttuazioni di mercato su variabili progettuali e operative. Sulla base dell’analisi delle serie storiche dei prezzi dei principali reagenti, prodotti e sottoprodotti caratterizzanti il processo per la produzione di stirene nel Capitolo 3 sono proposti opportuni modelli che consentono di stimare il prezzo di ciascuno di essi in funzione delle quotazioni del petrolio. L’utilizzo del prezzo del greggio come variabile indipendente per i modelli di tutti gli altri composti chimici rende necessaria una modellazione della sua serie storica, che viene condotta utilizzando due differenti classi di modelli. Questi sono in seguito utilizzati per la generazione di plausibili scenari di evoluzione futura delle quotazioni di tutti i principali composti del processo in analisi. Il Capitolo 4 traccia lo stato dell’arte del Conceptual Design e utilizza le metodologie ad oggi affermate nel panorama scientifico e industriale globale per condurre l’ottimizzazione del processo di produzione di stirene. In seguito, il Capitolo 4 evidenzia i principali limiti di questa metodologia e mette in crisi i presupposti su cui essa si fonda sulla base di evidenze sperimentali fornite da opportune analisi che considerano la variabilità dei prezzi di mercato sia dei prodotti che delle materie prime, aspetto a nostra conoscenza mai considerato nella metodologia classica. A seguito di tali evidenze il Capitolo 4 propone nuovi metodi che consentono di tener conto di questi aspetti e li utilizza per valutare l’impatto di differenti evoluzioni dei prezzi su variabili di progettazione ed operative dell’impianto preso in esame.