Análisis técnico-económico de la producción de aromáticos a partir de bioetanol

Abstract

En este trabajo se desarrolla la ingeniería básica de una planta de producción de 140.000 toneladas anuales de BTX (benceno, tolueno y xileno) empleando etanol como materia prima. En primer lugar, se realiza una introducción en la que se expone la situación actual de los BTX y un breve análisis de mercado que servirá de ayuda para fijar la producción de la planta. A continuación, se exponen los principales métodos de producción de BTX en la actualidad, además de otros métodos no convencionales. Entre ellos, se explica con más detalle la ruta de obtención de BTX a partir de etanol, concretamente las características del reactor, en el que se emplea un catalizador de zeolita HZSM-5 dopada con galio, que permite obtener una conversión de etanol del 96% y una selectividad a BTX del 73%. Posteriormente, se presenta el diagrama de flujo de la instalación, considerando varios sistemas alternativos de separación y justificando la elección de los equipos incluidos en el PFD definitivo. En cuanto a los cálculos realizados, cabe descatar que se han usado los softwares “Aspen Plus” y “Excel”. El primero ha permitido resolver los balances de materia y energía de la planta, además de diseñar los equipos involucrados en el proceso. Tras realizar estos cálculos, se obtiene un rendimiento a productos del 70%, es decir, se producen 70 kg de BTX por cada 100 kg de etanol alimentado a la planta. Por otro lado, el “Excel” se ha empleado en la elaboración del estudio económico, donde se estima, mediante correlaciones, la inversión inicial requerida por la instalación y se estudia la viabilidad económica del proyecto a través del VAN (Valor Presente Neto). Para ello, se analiza cómo afecta a este indicador económico la variación del precio de la materia prima y los productos obtenidos en la planta. Así, se consigue realizar una primera estimación de la viabilidad económica de la instalación, obteniendo un VAN de 41 millones de euros para una vida útil de la planta de 30 años, considerando un precio de medio del etanol y los BTX.

This project develops the basic engineering of a BTX (benzene, toluene and xylene) production plant using ethanol as raw material, with a capacity of 140,000 tons per year. Firstly, current situation of BTXs and a brief analysis of the market are presented, which will be helpful to fix the production of the plant. After that, BTXs main production methods are explained, as well as other nonconventional methods. Among them, the route which leads to obtain BTX from ethanol is explained in more detail, these aromatic compounds are produced in a reactor with a gallium-doped HZSM-5 zeolite catalyst. Thanks to this catalyst, is it possible to achieve a 96% ethanol conversion and a 73% BTX yield. Then, the flowsheet of the installation is presented, considering several alternative separation systems and justifying the election of the equipment included in the final PFD. Regarding the calculations, "Aspen Plus" and "Excel" softwares have been employed. The first one leads to solve mass and energy balances and to design the equipments involved in the process. A product yield of 70% is obtained, 100 kg of ethanol isrequired to produce 70 kg of BTX On the other hand, "Excel" is used to study the process economics, where the initial investment required is estimated through correlations and the project viability is studied through the NPV (Net Present Value). To this end, the variation of this economic indicator in the price of the raw material and the products is analysed. Thus, a first estimate of the project profitability is made, obtaining an NPV of 41 million euros for a useful life fof the plant of 30 years, considering an average price of ethanol and BTX.