Acetic acid production from anaerobic digestion

The acetic acid demand is steadily rising and today the only efficient and cheap process is the one from non-renewable sources like methanol and carbon monoxide. This work proposes a green alternative to the current production route. At present, the digestate is used as a fertiliser because it is rich in nutrients such as nitrogen, phosphorus, and potassium. However, in this process, the digestate is withdrawn from the reactor at the peak of the acidogenesis and acetogenesis phases, to have maximum production of volatile fatty acids, primarily acetic acid. The aim is to be able to stop the digestion and recover the digestate immediately after these reaction step, before methanogenesis takes place where volatile fatty acids are consumed in favour of biogas production. Consequently, the acid-rich sludge is sent to treatment. Firstly, various pre-treatment units (blending and equalisation system) are used, and then the sludge is sent to solid-liquid separation processes to recover the acid-rich phase. Once these first separation operations are finished, the purification phase takes place, where the acetic acid is recovered from the nutrients, i.e., nitrogen rich components, from water and the other acids. The liquid is then subjected to an air-stripping process followed by absorption with sulphuric acid. It is then treated in a liquid-liquid extraction process with ethyl acetate where acetic acid and other acids are extracted from the aqueous phase. This plant can separate glacial acetic acid with concentrations of 99.99%. The technical and economic feasibility of the plant to produce acetic acid from the digestate of an anaerobic digester is investigated. From an economic point of view, the feasibility is also confirmed and the plant results to be convenient for medium-large applications. An initial and simplified economic analysis has been carried out to get an understanding of the characteristic payback time and revenues. Furthermore, a detailed description of the process and the different technologies involved has been done for every unit considered. For each technology, the different advantages and disadvantages were defined, and both qualitative and quantitative analysis has been performed to find the best technology to adopt in the plant.

La domanda di acido acetico è in costante aumento e oggi l'unico processo efficiente ed economico è quello da fonti non rinnovabili come il metanolo e il monossido di carbonio. Questo lavoro propone un'alternativa ecologica all'attuale via di produzione. Ad oggi, il digestato viene utilizzato come fertilizzante perché ricco di sostanze nutritive come azoto, fosforo e potassio. Tuttavia, in questo processo, il digestato viene estratto dal reattore al culmine delle fasi di acidogenesi e acetogenesi, per avere la massima produzione di acidi grassi volatili, soprattutto acido acetico. L'obiettivo è quello di poter interrompere la digestione e recuperare il digestato subito dopo queste fasi di reazione, prima che avvenga la metanogenesi, dove gli acidi grassi volatili vengono consumati a favore della produzione di biogas. Di conseguenza, i fanghi ricchi di acidi vengono inviati al trattamento. In primo luogo, vengono utilizzate varie unità di pretrattamento (sistema di miscelazione e di equalizzazione), quindi il fango viene inviato a processi di separazione solido-liquido per recuperare la fase ricca di acido. Una volta terminate queste prime operazioni di separazione, ha luogo la fase di depurazione, in cui l'acido acetico viene recuperato dai nutrienti, cioè dai componenti ricchi di azoto, dall'acqua e dagli altri acidi. Il liquido viene quindi sottoposto a un processo di stripping con aria seguito da assorbimento con acido solforico. Viene quindi trattato in un processo di estrazione liquido-liquido con acetato di etile, dove l'acido acetico e gli altri acidi vengono estratti dalla fase acquosa. Questo impianto può separare l'acido acetico glaciale con concentrazioni del 99.99%. È stata studiata la fattibilità tecnica ed economica dell'impianto per la produzione di acido acetico dal digestato di un digestore anaerobico. Anche dal punto di vista economico, la fattibilità è confermata e l'impianto risulta conveniente per applicazioni medio-grandi. È stata condotta un'analisi economica iniziale e semplificata per comprendere i tempi di ammortamento e i ricavi caratteristici. Inoltre, per ogni unità considerata è stata fatta una descrizione dettagliata del processo e delle diverse tecnologie coinvolte. Per ogni tecnologia sono stati definiti i diversi vantaggi e svantaggi ed è stata effettuata un'analisi sia qualitativa che quantitativa per individuare la migliore tecnologia da adottare nell'impianto.