Acetic acid production from biogas : an economic and feasibility assessment

The proposed M.Sc. thesis work deals with the economic assessment of a biogas based acetic acid synthesis plant. The economic analysis is referred to steady-state simulations implemented on Aspen HYSYS® V11 suite. This study was carried out in collaboration with the SUPER (SUstainable Process Engineering Research) group of the Department of Chemical, Material, and Chemical Engineering “Giulio Natta” of Politecnico di Milano. The simulated plant can be divided in three sections. In the first one syngas is produced trough reforming of biogas produced from maize crop. In the second section the produced syngas is converted into methanol. In the third one acetic acid is synthetized through methanol carbonylation and is then separated and collected. The plant capacity is of 8064 ton/year of glacial acetic acid (sold for 14.515 Mln€/year) starting from 1052 m3/h of biogas. The economic assessment of the plant is carried out by calculating the fixed capital investment needed to purchase and install the plant units (19.277 Mln€) and the manufacturing costs related to operating the plant (12.140 Mln€/year). The plant profitability is evaluated after 10 years of operations for three different cases of depreciation (straight-line, sum of the years digit, double declining line) through different profitability indicators (payback period, cumulative cash flow position, net present value etc.) and a cash flow diagram is produced for every case. For all the three cases analyzed the plant present positive profitability indicators with the best results provided by the sum of the years digit depreciation case (payback period of 5.33 years, discounted payback period of 7.51 years, cumulative cash position of 13.156 Mln€ after 10 years, and net present value of 3.715 Mln€). A risk analysis for the plant investment through Monte Carlo method, involving 1000 generated scenarios taking into account possible revenues and manufacturing costs variation during the plant operations, reveals that the project is subject to high risk. In 17% of the generated scenarios the plant does not reach the break-even point after 10 years and only 31.3% of the scenarios present cumulative cash positions higher than 5 Mln€ after 10 years. Moreover only 9.9% of the scenarios present a positive net present value.

La seguente tesi si occupa della valutazione economica di un impianto di produzione di acido acetico che sfrutta biogas come materia prima. L’analisi economica è riferita a una simulazione in stato stazionario sviluppata tramite il software Aspen HYSYS® V11. Questo studio è stato condotto in collaborazione con il gruppo SUPER (SUstainable Process Engineering Research) del Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano. L'impianto simulato può essere suddiviso in tre differenti sezioni. Nella prima, il biogas prodotto da mais tramite digestione viene convertito in gas di sintesi tramite reforming. Nella seconda sezione il gas di sintesi prodotto viene convertito in metanolo. Nella terza avviene la sintesi dell’acido acetico tramite carbonilazione del metanolo, a cui segue la separazione del prodotto finito. L’impianto progettato ha una capacità produttiva pari a 8064 ton/anno di acido acetico glaciale (che viene venduto per un totale di 14.515 Mln€/anno) partendo da 1052 m3/h di biogas. La valutazione economica del progetto è effettuata calcolando gli investimenti di capitale fisso necessari ad acquistare e installare le unità e i macchinari dell’impianto (19.277 Mln€) e i costi di produzione relativi alle operazioni produttive (12.140 Mln€/anno). La redditività è valutata dopo dieci anni di operazioni per tre casi differenti di deprezzamento (straight-line, sum of the years digit, double declining line) attraverso diversi indici di profittabilità (tempo per rientrare dall’investimento, cumulative cash flow position, valore attuale netto ecc.). Inoltre, per ogni caso analizzato viene prodotto un diagramma dei flussi di cassa. Gli indicatori di profittabilità analizzati si presentano positivi per ogni caso considerato, e i risultati migliori sono relativi al caso di deprezzamento “sum of the years digit” (tempo per rientrare dell’investimento di 5.33 anni e di 7.51 anni se i flussi di cassa vengono scontati al primo anno, cumulative cash position di 13.156 Mln€ dopo dieci anni e valore attuale netto di 3.715 Mln€). È stata condotta un’analisi di rischio relativa all’investimento economico nell’impianto utilizzando il metodo Monte Carlo. In questa analisi sono stati generati mille scenari che tengono conto di possibili variazioni nelle entrate e nei costi di produzione durante i dieci anni di operazione dell’impianto. I risultati dell’analisi rivelano che il rischio connesso all’investimento è elevato. Nel 17% dei casi, dopo 10 anni, non viene raggiunto il pareggio di bilancio e solo nel 31.3% dei casi viene prodotto un utile maggiore di 5 Mln€, inoltre solo nel 9.9% dei casi si raggiunge un valore attuale netto positivo.