RISULTATI DELLA SPERIMENTAZIONE SUL PROCESSO DI RICICLO VIRGIN

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1 RISULTATI DELLA SPERIMENTAZIONE SUL PROCESSO DI RICICLO VIRGIN 05/11/2014 Umberto Arena, AMRA

2 Il progetto LIFE+ VIRGIN mira a definire, e a verificare su scala dimostrativa, la sostenibilità sociale, assieme alla fattibilità tecnologica, ambientale ed economica, di un innovativo processo di riciclo dei prodotti post-consumo di assorbenti per l igiene intima.

3 Diagramma di flusso del processo VIRGIN

4 Stadi successivi del progetto realizzare un impianto dimostrativo del sistema integrato VIRGIN, presso l area sperimentale AMRA di Caserta acquisire dati sperimentali in diverse condizioni operative, per la definizione di criteri di progetto e di gestione del processo che garantiscano la massima sostenibilità complessiva raccogliere ed elaborare dati primari, per la compilazione di un inventario affidabile dei carichi ambientali, da usare come base per un analisi di ciclo di vita.

5 Diagramma di flusso del processo VIRGIN

6 GASSIFICAZIONE PER RECUPERO ENERGETICO

7 Valorizzazione energetica 1. combustione, ossidazione totale e veloce della frazione organica dei rifiuti, in presenza di un adeguato eccesso di ossigeno. I prodotti finali sono completamente ossidati. 2. gassificazione, ossidazione incompleta della frazione organica dei rifiuti, in presenza di un difetto di ossigeno. I prodotti finali non sono completamente ossidati e posseggono un proprio potere calorifico utilizzabile in siti e tempi diversi. 3. pirolisi, degradazione termica del materiale in assenza di ossigeno, attraverso l'apporto diretto o indiretto di calore. Il potere calorifico dei prodotti ottenuti è pertanto elevatissimo.

8 Valorizzazione energetica

9 Gassificazione vs Combustione

10 Gassificazione: vantaggi del processo La gassificazione ha diversi potenziali vantaggi rispetto alla combustione tradizionale: maggiori efficienze di conversione dell'energia elettrica (e quindi riduzione delle emissioni di CO 2 ) limitata formazione di diossine, NOx e SOx drastica riduzione del volume dei gas di processo ampio intervallo di prodotti immediatamente ottenibili dal syngas quantità ridotta di rifiuti secondari.

11 Gassificazione: tipi di processi Criterio Riscaldamento Agente gassificante Tipi auto-termica (riscaldamento diretto) allo-termica (riscaldamento indiretto) aria aria arricchita con ossigeno ossigeno vapore anidride carbonica gassificazione Numero di combustibili co-gassificazione Configurazione gassificazione di potenza gassificazione termica

12 Gassificazione: processo autotermico

13 Gassificazione: configurazione power

14 Gassificazione: configurazione power blocco, corrosione e riduzione dell efficienza globale del processo difficoltà nella gestione di miscele tar-acqua e contaminazione dei flussi di rifiuti incrostazioni nelle caldaie e su altre superfici metalliche e refrattarie

15 Metodi Primari Gassificazione: configurazione power Per prevenire la formazione o convertire tar formati nel gassificatore Selezione delle condizioni operative ottimali Additivi del letto/catalizzatori Progetto del gassificatore Trattamenti chimici o fisici a valle del processo Secondari Cracking termico o catalitico Adsorbimento su carboni attivi Metodi meccanici (cicloni, filtri ceramici, scrubber)

16 Gassificazione: configurazione heat

17 Gassificazione: configurazione heat A confronto con la combustione diretta di un rifiuto solido, la combustione del syngas da gassificazione garantisce una combustione più pulita ed efficiente grazie a: l ottima miscelazione gas-gas di un ridotto ammontare di aria con il gas combustibile, che consente anche minori perdite termiche al camino la possibilità di rimozione di alcune impurità dal gas combustibile, resa vantaggiosa dal ridotto volume del gas prodotto rispetto a quello del gas effluente la continuità del processo e la facilità del suo controllo.

18 Gassificazione: tipi di reattori I reattori più utilizzati per la gassificazione sono: Reattori shaft (letti mossi) con fusione diretta delle ceneri Letti fluidi (bollenti, circolanti, a circolazione interna) Griglie mobili Forni rotanti Reattori al plasma

19 Gassificatori a letto fluido E tra le tecnologie più interessanti, grazie a: condizioni quasi isoterme in tutto il reattore elevati coefficienti di trasferimento di massa e di calore tra le fasi assenza di parti in movimento nelle zone calde basse temperature di esercizio elevata flessibilità operativa possibilità di applicare il processo anche su scale relativamente piccole.

20 ATTIVITÀ SPERIMENTALE SU IMPIANTO PILOTA

21 Il reattore FluGas

22 Il reattore FluGas PARAMETRI GEOMETRICI CAPACITA DI ALIMENTAZIONE OUTPUT TERMICO AMMONTARE TIPICO DEL LETTO SISTEMA DI ALIMENTAZIONE AGENTE GASSIFICANTE Diametro interno: m; altezza totale: 5.90 m; altezza reattore: 4.64 m kg/h (dipende dal tipo di combustibile) kw (dipende dal tipo di combustibile) kg Coclea in-bed (raffreddata ad acqua) e over-bed (raffreddata ad aria) aria, ossigeno, vapore, anidride carbonica (soli o come miscela) INTERVALLO OPERATIVO DI TEMPERATURA C INTERVALLO OPERATIVO DI VELOCITA SISTEMI DI TRATTAMENTO DEL SYNGAS SISTEMI DI SICUREZZA m/s ciclone, scrubber, torcia Guardia idraulica, valvole di sicurezza, dischi di rottura, allarmi, linea di azoto per inertizzazione di sicurezza

27 I materiali impiegati cellulose plastic mixture Ultimate analysis, %wt C H N S O (by difference) Moisture Ash Proximate analysis, %wt Volatile matter Fixed carbon Heating value, MJ/kgwaste HHV LHV Bulk density, kg/m3 As received Pellettized

28 I materiali impiegati Potere calorifico: 12.1 MJ/kg Ceneri: 4.18 % Umidità: 21.4 % Potere calorifico : MJ/kg Ceneri: 2 5.6% Umidità: %

29 Parametri operativi L impianto FluGas è stato esercito, con un letto di particelle di olivina calcinata, in condizioni di stazionarietà termica e chimica main syngas compounds, % CO2 CH4 H2 O2 CO bed temperature time, min bed temperature, C

30 Risultati: frazione cellulosica Test Operating parameters ER, Flow rate, kg fuel /h Fluidization velocity, m/s A/F ratio, kg air /kg fuel T air preheating, C T fluidized bed, C T syngas (out reactor), C Process performances Q syngas, m 3 N/kg fuel Q syngas, kg syngas /kg fuel LHV syngas, MJ/m 3 N Specific energy, MJ/kg fuel CCE, CGE, Syngas composition, % N CO CO H CH C 2 H C n H m (n=2-4) C 6 H Elutriated fines, g/kg fuel Carbonaceous elutriated fines, g C /kg C-fuel tar, g/m 3 N Naphtalene, % detected species Phenantrene, % detected species Pyrene, % detected species HCl, mg/m 3 N H 2 S, mg/m 3 N NH 3, mg/m 3 N

31 Risultati: frazioni plastiche

32 Parametri operativi e di prestazione cellulose plastic mixture Operating parameters Equivalence Ratio, Air to Fuel Ratio, Bed amount, kg Waste flow rate, kg fuel /h Fluidizing velocity, m/s Air preheating temperature, C Process performance parameters Bed temperature, C Syngas flow rate, m 3 N/h Syngas LHV, MJ/m 3 N Specific energy, MJ/kg fuel CCE, CGE,

33 Risultati sperimentali: resa in syngas

34 Risultati sperimentali: energia specifica

35 Risultati sperimentali: parametri prestazionali

36 Conclusioni L attività sperimentale sviluppata ha accertato la fattibilità tecnica della gassificazione a letto fluido di tre frazioni di materiali recuperabili dal processo di raccolta, sterilizzazione e separazione di AHP post-consumo. I risultati forniscono la composizione completa del syngas, inclusi i contenuti e la composizione di tar, particolato, gas acidi e basici, e materiale del letto. La presenza di frazione cellulosica per il 20% ha un influenza simile a quelle già osservate in test di co-gassificazione: la formazione di fini carboniosi e idrocarburi pesanti condensabili è collegabile alla struttura e alla composizione del combustibile: le biomasse generano più ampi ammonatri di particolato mentre le plastiche producono più tar. Con la sola frazione cellulosica, in condizioni di regime termico e chimico, la temperatura del reazione è stata di circa 850 C, quindi sufficientemente alta da consentire una buona conversione di carbonio per valori di ER > 0.3.

37 Conclusioni La flessibilità dei gassificatori a letto fluido sembra notevole, confermando che essi rappresentano la tecnologia da preferire per trattare, anche in modalità di co-gassificazione, residui e scarti di diversa natura. Il processo di gassificazione produce un syngas di buona qualità per la valorizzazione energetica, che può contribuire considerevolmente alla produzione di vapore da usare nello fase di sterilizzazione in autoclave. Le caratteristiche del syngas indicano che il processo va convenientemente incluso in una configurazione di gassificazione termica, dove il syngas, dopo una possibile pre-pulizia, è direttamente inviato a un forno e ad un generatore di vapore, consentendo così di utilizzare anche l energia chimica dei tar.

38 VIRGIN è coordinato da FATER S.p.A. Sono partner del progetto Amra s.c. a r.l. e Kyoto Club. Fondata a Pescara nel 1958 ad opera della famiglia Angelini, Fater è dal 1992 una joint ventureparitetica fra il Gruppo Angelini e Procter&Gamble. Da oltre 50 anni Fater è presente nelle case delle famiglie italiane attraverso i suoi prodotti a marchio Pampers, Lines, Dignity, Linidor, Tampax, Infasil e Ace. Esempio raro e forse unico nel largo consumo di joint-venture di successo nel lungo periodo, Fater fonde in sé la profonda conoscenza del mercato italiano con le metodiche di lavoro di una multinazionale. È un azienda dinamica che crede nell innovazione, nella crescita sostenibile, nel dialogo continuo con i consumatori. AMRA è un Centro di Competenza nel settore dell Analisi e Monitoraggio del Rischio Ambientale. È una struttura permanente di ricerca per lo sviluppo di metodologie innovative applicate alle problematiche ambientalirmanente di ricerca per lo sviluppo di metodologie innovative applicate alle problematiche ambientali. Kyoto Club è un organizzazione non profit, nata ufficialmente nel Febbraio del 1999, costituita da imprese, enti, associazioni e amministrazioni locali, impegnati nel raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni di gas-serra assunti con il Protocollo di Kyoto. Per raggiungere tali obiettivi, Kyoto Club promuove iniziative di sensibilizzazione, informazione e formazione nei campi dell efficienza energetica, dell utilizzo delle rinnovabili e della mobilità sostenibile.