Estudio de factibilidad de la instalación de una planta de acetaldehído a partir de bioetanol

Abstract

La descarbonización de la industria, y en particular de la industria química, es una idea que ha ganado notable popularidad y fuerza en las últimas décadas. La búsqueda de formas de reemplazar las tradicionales vías de producción de energía, combustibles y productos químicos basadas en hidrocarburos y derivados del petróleo ha dado lugar a la aparición de alternativas más ambientalmente sustentables. En Argentina, en un intento de lograr una matriz de combustible de mayor sostenibilidad, la legislación nacional ha impuesto desde 2010 un corte obligatorio con bioetanol a las naftas empleadas para transporte vehicular. Esta medida fomentó la instalación de plantas productoras de bioetanol, producido principalmente a partir de maíz y caña de azúcar. Sin embargo, el estancamiento del porcentaje de corte en un valor del 12%, sumado a la regulación estatal ejercida sobre el precio de venta del bioetanol, ha provocado una merma en la producción y un menor incentivo en apostar al crecimiento del mercado de este biocombustible. A partir del proyecto de diseño de una planta de bioetanol a partir de remolacha, efectuado en el marco del Trabajo Final de Ingeniería Química en el año 2018, se propone en este proyecto la concepción de una nueva planta para la síntesis de acetaldehído, empleando ese mismo bioetanol como materia prima. De esta forma, se busca orientar recursos hacia la diversificación de la matriz productiva, valiéndose de materia prima disponible a partir de la cual es posible continuar con la cadena de agregado de valor. El acetaldehído es un compuesto de gran interés en la industria química y sus ramificaciones (farmacéutica, alimenticia, de pinturas, entre otras). Se concibe entonces la posibilidad de instalar una planta con una capacidad de 20.000 toneladas anuales de acetaldehído de alta pureza. El presente proyecto representa un diseño preliminar de las instalaciones y los principales equipos necesarios para su funcionamiento. Se alcanza una profundidad de ingeniería básica, sin adentrarse en las especificaciones propias de una etapa de ingeniería de detalle, previstas para una instancia más avanzada de un proyecto. Se decide sintetizar el acetaldehído mediante la ruta de deshidrogenación catalítica del etanol. Se obtiene de la misma reacción hidrógeno como subproducto, y como resultado de una reacción secundaria, acetato de etilo. Ambos compuestos cuentan con valor comercial, por lo que es de interés separarlos en especificación para su posterior comercialización. Se diseña un sistema de reactores que consta de dos lechos fijos rellenos de catalizador de cromita de cobre, y se seleccionan las condiciones operativas que resultan favorables para maximizar la selectividad hacia la formación de acetaldehído. Posteriormente, se profundiza en el esquema de separación y purificación. Se proyecta la instalación de una subplanta de separación de hidrógeno que incluye un separador flash, un compresor y un absorbedor, junto a los compresores específicos para su almacenamiento como gas comprimido. Luego, en un tren de cinco destiladores se separa tanto el acetaldehído y el acetato en especificación, como el etanol no convertido para su recirculación al sistema de reactores. Se implementa el método Pinch para integrar energéticamente las corrientes de proceso que requieren intercambio de calor. De esta forma, se aprovecha la carga térmica de corrientes que deben enfriarse para calefaccionar corrientes ávidas de calefaccionarse. Para aquellas corrientes que no puedan integrarse energéticamente, se suministra o extrae energía empleando fluidos auxiliares: agua de enfriamiento, agua helada, refrigerante, vapor de agua y fluido calefactor. Se definen los intercambiadores de calor necesarios, así como los demás equipos auxiliares de la planta (bombas, compresores, eyectores). En función del diseño completo de la planta, se estima la inversión requerida para su puesta en funcionamiento, los costos operativos y los potenciales ingresos por venta. A partir de estos resultados, se calculan los flujos de caja anuales y se estima la rentabilidad del proyecto. Se realiza un análisis comparativo entre los resultados económicos de la planta original de bioetanol con y sin el agregado de las nuevas instalaciones de acetaldehído. Por otro lado, se efectúa un estudio de sensibilidad frente a cambios en la capacidad de la planta, el costo de la materia prima y el precio de venta del acetaldehído. Por último, se lleva a cabo un estudio de impacto ambiental de la planta. Se identifican las fuentes de impacto presentes, y se proponen diversas medidas preventivas y correctivas en función de la clasificación del riesgo asociado a cada fuente. Mail de los autores Agustín Pomponio <aguspomponio99@gmail.com>; Matias Sharif Jozami <matiassharifjozami@gmail.com>; Lucila Malarczuk <lamalarczuk@gmail.com>; Carmen Novoa <novoacarmen20@gmail.com>