Chemical recycling of PET : economic viability of an integrated glycolysis plant

The environmental impact of plastic waste represents one of today’s most critical global challenges. Specifically, the persistence of polyethylene terephthalate (PET) in ecosystems leads to its degradation into microplastics, with severe repercussions for watersheds and biodiversity. Despite the steady increase in global production, recycling rates remain insufficient, necessitating a transition from linear disposal models to circular economy paradigms. In this context, chemical recycling emerges as a preferred solution over mechanical and thermal techniques, as it enables the depolymerization of PET into its constituent monomers, ensuring a recycled polymer of virgin-grade quality. Among various technologies, glycolysis stands out for its process efficiency: unlike treatments resulting in DMT or TPA, it directly produces bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET), the key intermediate in PET synthesis. This thesis analyzes the integration of a glycolysis unit within existing production plants, evaluating two distinct plant configurations: Short Path Distillation (SPD) and crystallization. While both options share the same reaction stage, they differ significantly in their separation and purification technologies. The reaction section was modeled and optimized through process simulations and sensitivity analyses, adjusting critical operating variables to maximize BHET yield. Finally, the study presents a profitability analysis to verify the economic feasibility of integrating a 20 ktpa glycolysis unit into an existing 250 ktpa PET production site. The analysis demonstrates the potential of plant integration to replace 20% of BHET production with waste-derived monomer, confirming the technical and economic sustainability of the process in reducing reliance on fossil-based raw materials.

L’impatto ambientale dei rifiuti plastici rappresenta oggi una delle sfide globali più critiche. In particolare, la persistenza del polietilene tereftalato (PET) negli ecosistemi ne causa la degradazione in microplastiche, con gravi ripercussioni su bacini idrici e biodiversità. Nonostante l’incremento della produzione mondiale, i tassi di riciclo globali rimangono insufficienti, rendendo necessario il passaggio da modelli lineari di smaltimento a paradigmi di economia circolare. In questo contesto, il riciclo chimico emerge come soluzione d’elezione rispetto alle tecniche meccaniche e termiche, in quanto permette la depolimerizzazione del PET nei suoi monomeri costituenti, garantendo un polimero riciclato di qualità equivalente al vergine. Tra le diverse tecnologie, la glicolisi si distingue per l’efficienza di processo: a differenza dei trattamenti che portano alla formazione di DMT o TPA, essa produce direttamente bis(2-idrossietil) tereftalato (BHET), l’intermedio chiave nella sintesi del PET. Il presente lavoro di tesi analizza l’integrazione di un’unità di glicolisi all’interno di impianti di produzione esistenti, valutandone due diverse configurazioni impiantistiche: la Short Path Distillation (SPD) e la cristallizzazione. Sebbene entrambe le opzioni condividano la medesima sezione reattiva, esse differiscono significativamente nelle tecnologie di separazione e purificazione. La sezione di reazione è stata modellata e ottimizzata mediante simulazioni di processo e analisi di sensitività, agendo sulle variabili operative critiche per massimizzare la resa in BHET. Infine, lo studio presenta un’analisi di profittabilità volta a verificare la fattibilità economica dell’integrazione di un’unità di glicolisi da 20 KTPA in un sito produttivo di PET da 250 KTPA. L’analisi dimostra il potenziale dell’integrazione impiantistica nel sostituire il 20 % della produzione di BHET con monomero derivante da rifiuto plastico, confermando la sostenibilità tecnica ed economica del processo nel ridurre la dipendenza dalle materie prime di origine fossile.