Assessment and optimization of process efficiency and sustainability of a Methanol-to-Olefins Plant

This thesis presents a comprehensive case study on the design, optimization, and sustainability of a Methanol-to-Olefins (MTO) plant. The MTO process, which can utilize methanol derived from renewable sources, offers a promising alternative to traditional olefin production methods, significantly reducing reliance on fossil fuels and mitigating carbon emissions. The thesis investigates the process from methanol conversion to olefin separation and purification, focusing on maximizing energy efficiency and integrating carbon capture technologies. A key part of the research involves optimizing reactor and separation processes to achieve high selectivity for ethylene and propylene, the two most crucial olefins in the chemical industry. Energy optimization strategies, including the use of advanced refrigeration cycles and heat recovery systems, are also explored to improve the plant’s operational efficiency and reduce environmental impact. Additionally, this work examines the economic viability of the MTO process through capital and operational cost analysis, demonstrating the long-term financial sustainability of the technology. The findings of this thesis contribute to the development of more sustainable, resource-efficient methods for large-scale olefin production, aligning with global efforts toward a circular economy.

Questa tesi presenta uno studio di caso completo sulla progettazione, ottimizzazione e sostenibilità di un impianto Methanol-to-Olefins (MTO). Il processo MTO, che può utilizzare metanolo derivato da fonti rinnovabili, rappresenta un’alternativa promettente ai metodi tradizionali di produzione di olefine, riducendo significativamente la dipendenza dai combustibili fossili e mitigando le emissioni di carbonio. La tesi esamina il processo dalla conversione del metanolo alla separazione e purificazione delle olefine, con un’attenzione particolare alla massimizzazione dell’efficienza energetica e all’integrazione di tecnologie per la cattura del carbonio. Una parte fondamentale della ricerca riguarda l’ottimizzazione dei processi di reazione e separazione per ottenere un’elevata selettività verso etilene e propilene, le due olefine più importanti nell’industria chimica. Vengono inoltre esplorate strategie di ottimizzazione energetica, tra cui l’utilizzo di cicli di refrigerazione avanzati e sistemi di recupero di calore, per migliorare l’efficienza operativa dell’impianto e ridurre l’impatto ambientale. Inoltre, questo lavoro esamina la fattibilità economica del processo MTO attraverso un’analisi dei costi di capitale e operativi, dimostrando la sostenibilità finanziaria a lungo termine della tecnologia. I risultati di questa tesi contribuiscono allo sviluppo di metodi più sostenibili ed efficienti in termini di risorse per la produzione su larga scala di olefine, in linea con gli sforzi globali verso un’economia circolare.