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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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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

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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.