Indicative price estimation and costs scaling for wet-gas sulfuric acid plant

Abstract

The challenges of early-stage cost estimation are especially prevalent for complex technologies that lack historical cost and sales data to base estimates on. The purpose of this thesis is to examine and analyze the capital cost structure and to develop a systematic approach for estimating indicative pricing of wet-gas sulfuric acid (WSA) process plants. The wet-gas sulfuric acid plant is considered as an integrated extension to a pulp mill, and special focus is put into the scaling of cost for different scopes and capacities of the plant.

The study is conducted as design science research methodology, and it is divided into theoretical literature review and empirical data analysis accompanied by tool-building. The literature review introduces the WSA process and discusses early-stage cost estimation methods relevant for already commercialized yet nascent chemical process technology.

The empirical part of the study investigates current practices in the case company’s indicative pricing and analyzes the cost structure of WSA projects. Additionally, a cost-estimation model was created for the use of the case company. As a result, it is found that the cost structure of the plant aligns well with studied chemical process plant cost literature, with main equipment being the dominant cost category significantly affecting also the other costs of the plant. The cost of the WSA plant and especially the main equipment cost is observed to correlate with the total volumetric process gas flow of the plant. Additionally, in line with the study’s objectives and based on the analyzed cost structure, the impact of elemental sulfur handling on the plant cost is examined. However, due to the limited amount of data available for emerging technology, more research is needed to comprehensively study and assess scaling of the WSA plant cost.

Varhaisen vaiheen kustannusarvioinnin haasteet ovat moninkertaisia monimutkaiseen ja tuoreeseen teknologiaan perustuville tuotteille, joista on saatavilla vain vähän historiallista hintatietoa johon arvio voitaisin perustaa. Tämän diplomityön tarkoituksena on analysoida wet-gas sulfuric acid (WSA) -rikkihappolaitoksen pääomakustannusrakennetta, ja luoda työkalu helpottamaan laitoksen indikatiivista hinnoittelua. WSA-laitosta käsitellään työssä sellutehtaaseen integroituna lisäprosessina, ja työssä keskitytään erityisesti pääomakustannusten skaalaamiseen eri laitoksen eri projektilaajuuksille ja kapasiteeteille.

Diplomityö toteutetetaan konstruktiivisena tutkimuksena (design science research), ja se jaetaan kahtia teoreettiseen kirjallisuuskatsaukseen ja empiiriseen data-analyysiin, johon liittyy myös hinnoittelutyökalun rakennus. Kirjallisuuskatsaus esittelee WSA-prosessin ja käsittelee jo kaupallistetulle vielä mutta tuoreelle teknologialle relevantteja varhaisen vaiheen kustannusarviointimenetelmiä.

Työn empiirinen osuus selvittää case-yrityksen vallitsevia hinnoittelukäytäntöjä, ja analysoi WSA-projektien kustannusrakennetta. Lisäksi kohdeyritykselle rakennettiin kustannustenlaskentatyökalu. Työn tuloksena havaittiin laitoksen kustannusten ryhmittäytyvän samoin kuin alan kirjallisuudessa. Laitekustannukset ovat kustannuksiltaan merkittävin kategoria, ja laitteisto vaikuttaa merkittävästi myös muihin kustannuksiin. WSA-laitoksen pääomakustannuksen ja etenkin laitekustannusten havaittiin korreloivan laitoksen prosessikaasun kokonaismäärän tilavuuden kanssa. Työssä tutkitaan myös laitokselle mahdollisen elementaalirikin prosessoinnin vaikutusta pääomakustannuksiin. Tuoreelle teknologialle tyypillisesti analysoitavaa dataa oli kuitenkin saatavilla vähänlaisesti, minkä vuoksi WSA-laitoksen kustannusten skaalautuvuutta tulee tutkia tulevaisuudessa lisää kattavien ja luotettavien tulosten saamiseksi.