Analisi tecnico economica della fase di downstream per la produzione di Acido Acetico: confronto tra processo ibrido e processo ibrido integrato di membrana

L’acido acetico è un importante acido carbossilico. Principalmente impiegato per la produzione di acetato di vinile, presenta diverse applicazioni come solvente e nell’industria alimentare. È importante, ai fini della sua commercializzazione, produrre acido acetico con una purezza superiore al 99,9% in peso: con questo standard di purezza, si parla di acido acetico glaciale (GAA). A livello industriale, l’acido acetico viene prodotto per via sintetica partendo da materie prime di origine fossile. Questo, soprattutto negli ultimi anni, comporta limitazioni e la necessità di ricercare alternative meno impattanti a livello ambientale. Una scelta interessante risulta essere l’utilizzo di batteri acetogeni CO2 riducenti, che sono in grado di convertire CO2 e H2 in acido acetico. Uno degli step più importanti per la realizzazione di questo processo è sicuramente quello della disidratazione, in quanto dalla fermentazione si ottengono soluzioni in fase acquosa di acido acetico estremamente diluite: in questo lavoro è stata effettuata un’analisi partendo da una concentrazione iniziale dell’1.5 %. La distillazione non è una tecnica efficace per sistemi così diluiti, in quanto la volatilità relativa di acido e acqua per basse concentrazioni di acido è circa 1. Si rende quindi necessaria l’aggiunta di un terzo componente, che agevoli la separazione. In questo studio si è analizzato un processo ibrido di estrazione con solvente e distillazione azeotropica, comparandolo con lo stesso processo al quale viene integrato l’utilizzo di membrane ad ultrafiltrazione. Le tecniche citate sono state simulate utilizzando il software Aspen Plus®, integrando l’utilizzo di Matlab® per la modellizzazione delle membrane. E’ stata successivamente effettuata una stima delle spese operative e di capitale per ciascuna tecnologia. Il primo processo consiste in un’estrazione dell’acido acetico con MTBE e successiva distillazione azeotropica per rimuovere il solvente e l’acqua residua con lo scopo di ottenere 7568 t y-1 di CH3COOH al 99,99%. L’MTBE viene rigenerato mediante l’utilizzo di una colonna di strippaggio. Il secondo processo è analogo, ma ha lo scopo di ottenere 7568 t y-1 di CH3COOH al 75%: la concentrazione target dell’acido acetico glaciale viene raggiunta successivamente a filtrazione in membrana idrofilica. Dai risultati ottenuti emerge che il processo ibrido integrato di membrana sia più dispendioso. L’analisi dei costi mostra un incremento sia dal punto di vista dei CAPEX che degli OPEX. I costi specifici di purificazione dell’effluente in questo processo ammontano ad un valore di circa 1190 € t-1. Per il processo ibrido di base, non integrato di membrana, il costo specifico è di circa 770 € t-1.Al fine di raggiungere produttività comparabili a quelle di impianti industriali da carbonilazione del metanolo, è stata fatta una scala fino a 500000 t y-1: il prezzo è sceso del 35% nel primo processo, di circa il 50% nel secondo. Infine,è stata svolta una simulazione considerando in alimentazione una quantità di acido formico pari al 10% in volume di acido acetico. Esso potrebbe essere presente nella soluzione da purificare come sottoprodotto della fermentazione: i risultati mostrano come sia difficile separarlo in quanto si può notare una sua dispersione nelle varie correnti del processo.