4.- d. guillermo d'alessio
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Seminario de Gestión Ambiental
La obtención de energía a partir de los residuos
Gasificación-atomización de residuos mediante plasma
Descripción de la tecnología
•Guillermo D’Alessio
•Director
•Área de Desarrollo Tecnológico
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¿QUÉ ES EXACTAMENTE EL PLASMA?
♣ Es el denominado “Cuarto estado” de la materia
♣ El gas ionizado y a alta temperatura es capaz de conducir la electricidad.
♣ El relámpago es un ejemplo de lo anterior que nos brinda la naturaleza.
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
♣ El arco del plasma y el “penacho”, además de una fuente de alta temperatura son también
una fuente de radiación ultravioleta
♣ Tanto la alta temperatura como la radiación U.V. brindan suficiente energía como para
romper los enlaces entre átomos en el interior de la molécula.
♣ Los átomos liberados pueden recombinarse dando lugar así a la máxima expresión en lo que
a “reciclaje” se refiere.
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
Proceso interno en el reactor: disociación y reciclado de átomos
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QUE SE OBTIENE DE LA TECNOLOGÍA DE PLASMA
Con el tratamiento de 1 tonelada de
residuos se obtiene:
• 1150 kWh de potencia eléctrica
• 150 kg de material sólido vitrificado e
inerte reutilizable como material para
la construcción.
• Vapor
Con el tratamiento de 1 tonelada deresiduos urbanos mediante la tecnologíade plasma, se obtiene energía suficientepara 45 días de uso doméstico.
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FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE PLASMA
Arco no transferido (que se mantiene en el generador de plasma)
En el arco del plasma, el gas (en el esquema corresponde al suministro de aire)
trabaja como una resistencia de calentamiento para convertir con muy alta
eficiencia electricidad en calor.
Al tratarse de un gas pueden obtenerse temperaturas muy altas sin peligro de que
la resistencia se “funda”.
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VENTAJAS Y CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA DE PLASMA
♣ El plasma actúa como “resistencia de calentamiento” por lo que no puedefundirse.
♣ Produce temperaturas de 4.000°C a 10.000°C.
♣ La potencia del generador de plasma puede ir de 100 kW hasta alcanzarhasta 2 MW, pero en cualquier caso siempre brinda altas densidades deenergía (hasta 100 MW/m3).
♣ El arco de plasma funciona con la mayoría de los gases. La introducción deaire actúa como si se tratara de cualquier otro gas, y por lo tanto no se tratade un proceso de combustión. Se elimina de este modo el requisito del airepara la combustión.
♣ Reduce el volumen del gas que requiere el tratamiento, por lo que la limpiezadel gas es más eficiente.
♣ Elimina la eventual formación moléculas orgánicas complejas (es decir, lasdioxinas y los furanos)
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
Proceso de Gasificación
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
Planta piloto de Castellgalí
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
Planta piloto de Castellgalí
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PANTALLA DE CONTROL
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PANTALLA DE CONTROL DISTRIBUIDO SOBRE SECTORES Y PROCESOS
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOS MEDIANTE PLASMA
Lava, resultado del proceso de plasma saliente del reactor para su transformación en un nuevo material
vitrificado
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MODULO DE DEMOSTRACIÓN INDUSTRIAL:BALANCE ENERGÉTICO OTTAWA 75Tn/DÍA. GENERACIÓN NETA DE ENERGÍA 3179 kW
Alimentación
3,125 T/h
Valor
plasma2 bar
Vapor
Caldera derecuperación
HUMOS
Generadorde plasma469 kWOtrosequipos469 kW
Ciclón
Sistema de limpieza
de gases
Motor
4117 kW
Energía
suministrada
Escape
Main
Shaft
Reduction
GearsHP
Turbine
LP
Turbine
Condenser MU Feed
Tank
Condensate
Pump
Air Ejector
Condenser
DFT
Booster
Pump
Feed
Pump
SG/Boiler
Superheater
Economizer
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MÓDULO DE OPERACIÓN INDUSTRIALBALANCE ENERGÉTICO OTTAWA 225Tn/DÍA: GENERACIÓN NETA DE ENERGÍA 12083 Kw
BALANCE ENERGÉTICO OTTAWA 225Tn/DÍAGeneración Neta de energía 12083 kW
Alimentación9,375 Tn/h
Valor plasma
Energíasuministrada
Generadorde plasma1406 kWOtrosequipos1406 kW
2 bar
17 bar 204ºC
Ciclón
Caldera derecuperaciónSYNGAS
Motor
Sistema deLimpieza de
gases
Caldera derecuperación
HUMOS
Turbina
Escape
12352 kW
2543 kW
Condensadoa las calderas
Ciclo
combinado
Vapor
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Desafío tecnológico:
• La fuente de residuo es fuertemente variableinclusive por razones estacionales
• El gas de síntesis producido debe ser consistenteen cuanto a calidad y caudal, para poder serutilizado en moto generadores.
Sistema de Gasificación HERA Plasma
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El Concepto desarrollado:
• Múltiples cámaras (cada una de ellas brinda lascondiciones óptimas para favorecer una dadaetapa de proceso)
• Reactor “Multizona”, cada una de las cualescomprende una o más cámaras .
El Objetivo:
• Disminuir el consumo energético de losgeneradores de plasma haciendo uso del propiocalor del gas de síntesis generado
• “Maximizar” la cantidad de energía entregada a lared.
Sistema de Gasificación HERA Plasma
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Hopper A
Unsorted
MSW
Hopper B
Consistent ,
Known
Waste
Feedstock
High Energy Waste
20,000 – 50, 000 MJ/
Tonne
Control Loops
Low Energy Waste
~0-15,000 MJ/Tonne
STAGE 1
Gasification of Waste
Vitrification of
non-volatiles
STAGE 2
Gas Refinement
to Syngas
STAGE 3
GQMS
Gas Cleaning
STAGE 4
Mix and Surge Tank
1. Feed rate
2. Air Flow
3. Temperature
1. Air Flow
2. Temperature
1. Particle Removal
2. Acid Gas Removal
3. Metals Removal
Energy Content Needed
for the Gas EnginesTarget of 16,000 MJ /Tonne
1. Pressure
2. Gas Composition
± Hopper B± Air ± Temperatue
Lumpy Solids Mixed Gases Syngas Clean Syngas
Engine
Quality Gas
Control Logic
>16,000 MJ/tonne
<16,000 MJ/ tonne
Sistema de Gasificación HERA Plasma
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Optimización del control de la calidad del gas de síntesis
0
20
40
60
80
100
120
140
160
11
:30
:41
11
:39
:23
11
:48
:05
11
:56
:47
12
:05
:29
12
:14
:11
12
:22
:53
12
:31
:35
12
:40
:17
12
:48
:59
12
:57
:41
13
:06
:23
13
:15
:05
13
:23
:47
13
:32
:29
13
:41
:11
13
:49
:53
13
:58
:35
14
:07
:17
14
:15
:59
14
:24
:41
14
:33
:23
14
:42
:05
14
:50
:47
14
:59
:29
15
:08
:11
15
:16
:53
15
:25
:35
15
:34
:17
15
:42
:59
15
:51
:41
16
:00
:23
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
Feed Rate %PE
Product Gas Flow Setpt Product Gas Flow
Process Steam Process Air
|CO| Setpoint |H2| Setpoint
CO H2
Vary waste
input
Consistent
gas quality
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Evolución de la calidad de control de la concentración de CO
CO Production 10/27/05
0
500
1000
1500
2000
2500
12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
CO (Nm_/hr)
Fre
qu
ency
_ = 3.1855
CO Production 12/01/05
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
CO (Nm_/hr)
Fre
qu
ency
2.0810_ =
CO Production 03-03-06
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44
CO (Nm_/hr)
1.4367_=
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H2 Production 10/27/05
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
CO (Nm_/hr)
Fre
qu
en
cy
_ = 4.2427
H2 Production 12/01/05
0
500
1000
1500
2000
2500
12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
H2 (Nm_/hr)
Fre
qu
en
cy
2.7972_ =
H2 Production 03-03-06
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44
H2 (Nm_/hr)
1.8379_=
Evolución de la calidad de control de la concentración de H2
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Concepto Multizona- Multicámara
GasificationZone
Gas Refinement Zone
Solid Residue Refinement
Zone
Plasma heat
Plasma heat
Heatedprocess air
slag
MSW
SecondaryHigher Carbon
Waste
Product gas to GQCS
Heatedprocess air
Approx 10000C
So
lid
Re
sid
ue
UnrefinedSyngas
Low temp gasification : <900 'C
Flexible air distribution
Robust geometry
Isolated
Localized high temp : 1400 'C
Syngas recoverable
Plasma :
- control of temp ,
- ion effect
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Planta de Trail Road. Vista general
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Planta de Trail Road. Componentes
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Planta de Trail Road. Implantación general
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Planta Plasma: Trail Road (Ottawa, Canadá)
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Planta Plasma: Trail Road (Ottawa, Canadá)
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PLANTA DE DEMOSTRACIÓN INDUSTRIAL EN OTTAWA
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Gas de síntesis producido por primera vez en Ottawa
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CONCLUSIONES
• La tecnología de plasma representa una solución importante para la reducción de residuos.
Efectivamente, el volumen de los residuos se reduce en una proporción de 125 a 1.
• El proceso permite la obtención de energía eléctrica. Con una tonelada de residuos se obtienen1150 kwh.
• El proceso es auto-suficiente energéticamente y utiliza menos de un 25% de la electricidad quegenera
• El residuo sólido inerte resultante del proceso, puede ser reutilizado como material para laconstrucción.
• Significa una opción de diversificación de producción de energía primaria y distribuida (local), a lavez que un eficiente sistema de tratamiento de residuos.
• Permite la conservación del medio ambiente puesto que no necesita de fuentes de energía fósil yen su proceso, las emisiones son mínimas. Efectivamente, la calidad del aire saliente de losmotores supera lo estipulado en las legislaciones de la U.E., Canadá y Estados Unidos.