Evaluación de prefactibilidad de un proceso de obtención de metanol a partir de biogás de estiércol vacuno

Abstract

En Perú, existe una creciente demanda de metanol debido a que es un insumo necesario para la producción de biodiesel B100. La materia prima convencional para la producción de metanol es el gas natural, y es posible obtener un biogás de composición similar a partir de la digestión anaerobia de materia orgánica. La presente investigación evaluó la viabilidad técnica y económica de producir metanol en Perú a partir de biogás de excretas vacunas. El proceso se modeló en el simulador de procesos Promax, considerando una capacidad de producción de 5973 TPA de metanol, capaz de satisfacer al 10% de la demanda local de biodiésel B100. Se desarrolló un modelo base que resultó no rentable con un VAN de -5.1 MM$ y una TIR no calculable. Se realizaron integraciones energéticas entre corrientes calientes y frías de todo el proceso para reducir el OPEX y se obtuvo un VAN de -2.7 MM$ y una TIR de 1% en el proceso que tenía cinco integraciones energéticas. Para mejorar los indicadores económicos, se escaló la base de diseño de la quinta integración energética. Al duplicar (x2) y cuadruplicar (x4) la alimentación al proceso, se alcanzaron valores rentables: para la escala x2, un VAN de 0.4 MM$ y TIR de 16%; y para la x4, un VAN de 3.3 MM$ y TIR de 20%. Se realizó un análisis de sensibilidad que resultó en que el VAN y TIR son más sensibles ante variaciones del OPEX y precio de metanol que ante el CAPEX y costo de biogás. La escala x2 fue seleccionada debido a la rentabilidad positiva, disponibilidad de materia prima y capacidad de abastecer totalmente a la industria nacional de producción de biodiesel B100. Se realizó un análisis de riesgos (HAZID) y un análisis de inflamabilidad de las corrientes con presencia de oxígeno. Para el análisis ambiental, se evaluaron las composiciones de las emisiones del proceso, las cuales cumplen con la normativa peruana; mientras que los efluentes superaron los valores máximos establecidos y se incrementó el costo por alcantarillado.

In Peru, the growing demand for methanol as an essential raw material for biodiesel B100 production has driven the exploration of alternative and sustainable sources for its production. Traditionally, methanol is produced from natural gas; however, it is possible to obtain biogas with similar composition through anaerobic digestion of organic matter. In this context, the present study evaluated the technical and economic feasibility of producing methanol from biogas derived from cattle manure. The process was modeled in Promax process simulator, considering a plant capacity of methanol of 5973 tonne/year capable of satisfying 10% of peruvian B100 biodiesel demand. Initially, a base model was developed, which proved unprofitable with an NPV of -5.1 MM$ and an uncalculable IRR. Subsequently, energy integrations were implemented to reduce OPEX costs, achieving an NPV of -2.7 MM$ and an IRR of 1% in the fifth integration which was still insufficient to ensure profitability. To improve economic indicators, the feedstock of the integrated model was scaled up. By doubling (x2) and quadrupling (x4) the biogas feed, profitable values were achieved: for the x2 scale, an NPV of 0.4 MM$ and an IRR of 16%; and for the x4 scale, an NPV of 3.3 MM$ and an IRR of 20%. Sensitivity analysis resulted in a model which is more sensible to OPEX and methanol price than to CAPEX and biogas cost. The x2 scale was selected due to its profitability, availability of raw materials, and capacity to fully supply the national biodiesel B100 industry. Additionally, a risk analysis (HAZID) was performed, along with a flammability analysis of the streams with oxygen presence. For the environmental analysis, the compositions of process emissions were evaluated, which comply with Peruvian regulations; however, the effluents exceeded the established maximum values, resulting in an increase in sewage costs.