Hera plasma
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Como convertir residuos en gas de síntesis, utilizando el PLASMA Jordi Gallego Consejero, Director General HERA Holding
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Procés d' incineració de residus a altes temperatures, conegut com a "plasma". És un projecte dissenya per la empresa Hera que , de moment, no s'ha portat a terme
Transcript of Hera plasma
Como convertir residuos en gas de síntesis, utilizando el PLASMA
Jordi Gallego Consejero, Director General HERA Holding
Tuvimos un sueño
Pensando que podíamos hacer con los residuos...
&
No generara otros residuos (cenizas volátiles, RP...)
Minimizara las emisiones
Fuera una entrada excelente, y no se basara en la corrección end-of-pipe ni en la disolución.
Tuviera máxima eficiencia e ingreso energético
Descentralizase la gestión en el territorio (viable a pequeña escala)
Y que hiciera énfasis en el aspecto medio ambiental
Un sueño que consistía en encontrar un sistema de tratamiento de residuos que ...
Y encontramos la solución...
En las estrellas de donde venimos:
EL PLASMA
Una manera nueva, limpia y eficiente de producir energía…,
de los residuos!!
EL PLASMA
De los componentes sanguíneos,
De las pantallas de televisión,
De los futuros sistemas de propulsión espacial
De tecnologías de corte de metales y de recubrimientos superficiales
...ni tampoco de los¨tíos plasmas¨
De qué plasmas no hablamos?
Qué es el plasma? El cuarto estado de la materia
gas ionizado.
El gas ionizado y alta
temperatura es capaz de conducir
la electricidad ...
Y el rayo es el ejemplo más claro
que nos proporciona la naturaleza
Lo encontramos en la naturaleza…
Pero… como se llega industrialmente al estado de plasma?
Con las antorchas de plasma
Antorchas de plasma: Un “caudal” de energía controlable a nuestra disposición
en ellas se genera un arco eléctrico que calienta un gas hasta el estado de plasma.
Permiten obtener temperaturas extremas (3000-20.000º )
En…
romper las moléculas de los residuos dentro de un conversor, a
muy alta temperatura, en un ambiente altamente pirolítico y
catalizador, consiguiendo su recombinación en forma de gas
de síntesis
En qué consiste la atomización de residuos mediante plasma? (1)
El arco de plasma (“penacho”) es también una fuente de
radiación ultravioleta (U.V.)
Alta temperatura y radiación U.V. aportan la energía suficiente para romper los enlaces moleculares de cualquier residuo, la ausencia de oxígeno evita la combustión o reacciones secundarias.
La temperatura se controla externamente mediante la inyección de gas plasmógeno ionizado (vapor de agua)
En qué consiste la atomización de residuos mediante plasma? (2)
El efecto de la antorcha de plasma sobre los residuos Ø ~ 8,000-20000 ºC en el
centro de la pluma, de
3000-8000ºC en la zona
central y de 1200- 1500ºC
en los puntos más fríos
Ø Ambiente UV catalítico e
ionizado
Ø Descomposición de la
materia hasta el estado
atómico,
Ø Conservando la entalpía en
el singás y ganando el calor
sensible.
Ø Recombinación en
moléculas simples (non
-polluting & desentropic)
VITRIFICAR EN COMPTES D’ENCAPSULAR
Proceso interno en el reactor: disociación y reciclaje de moléculas
La elevada temperatura y las tasas de transferencia de calor de las antorchas , (T^4) hacen que: 1) todos los materiales orgánicos se transformen instantáneamente en su forma elemental recombinación en moléculas simples (H2, CO, CH4,…)
2)Los inorgánicos -> pasen a estado líquido-vitrocerámica
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Desintegración molecular catalítica mediante plasma
El efecto de la aportación de energía y UV con la antorcha de plasma: Una atomización catalítica-pirolítica
El GAS DE SINTESIS (syngas SG)
un producto convertible en:
trabajo mecánico, SNG, GTL,
Metanol, H2, y...
energía eléctrica
El Gas de síntesis: un viejo conocido…
el viejo “gas ciudad” o “gas de agua”
Actualmente el Gas de síntesis: se ha convertido en un nuevo producto...
Resultado de la “nano-cirurgía” de los enlaces moleculares de los materiales convertidos por su Up-Cycling (una vez acondicionado de los elementos impropios)
“Feedstock recycling”: s/FrameWork Directive no es reciclaje si el destino es energético –a pesar de que puede ser mejor, ambientalmente y económicamente.
Como producir gas de síntesis?
Termo-gasificación convencional, para compuestos homogéneos y simples (biomasa)auto-térmica (donde no es necesario añadir energía, porque hay una reacción exotérmica que alimenta la endotérmica)
Termo-gasificación con plasma, endotérmica con aportación energética externa, para una reacción extrema y controlada, con residuos más heterogéneos
H2 + CO -> C + H2O
1
2
Aplicaciones del gas de síntesis (GS)
Los materiales inorgánicos…, formaran las
vitrocerámicas
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El material inorgánico (no volátil) cae al fondo del reactor donde se funde y pasa a estado líquido…
… formando al enfriarse la masa vitrocerámica
Vitrocerámicas: materiales con aplicaciones
Cuando la vitrocerámica..
es un material valioso…
La conversión con plasma:
una pieza en el sistema de gestión de los residuos
La conversión con plasma: una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Desde el punto de vista del ACV (análisis del ciclo de vida) no es óptimo aplicar el plasma indiscriminadamente
No puede obviar la recogida selectiva
Ni los tratamientos mecánicos para aumentar los reciclajes materiales…
Ni la gestión diferenciada de una materia orgánica bien escogida…
ergo,… NO ES LA PANACEA PARA TODO !
Els cicles de la recuperació
La conversión con plasma (2): una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Ruta innovadora
La conversión con plasma (3): : una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Pero es la MTD para al CSR de rechazo de ecoparque:
Residuo cero Recuperación absoluta tipo RF homologado y muy eficiente
Emisiones ultra limpias ciclo combinado, sin chimenea ni post-lavado Gran crédito por mitigación de CO2
La conversión con plasma (4): una pieza en el sistema de gestión de los residuos
BIOGAS VS SINGAS: UNA CUESTIÓN DE ADECUACIÓN EFICIENTE AL RESIDUO
§ la Materia Orgánica Fermentable y no Fermentable
§ Humedad: dejada, arrastrada y reaccionada (en gas de agua o metal)
§ Inertes: dejados en digestazo o cenizas/vitrificadas
La conversión con plasma (5): una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Biogasificación
Ottawa
30.000 t/a Rechazo RSU
Berlín
DA 30.000 t/a biowaste
Termogasificación &
BIOGÁS SYNGAS
La termogasificación fiable y eficiente del
rechazo de ecoparque …
El reto
Punto de partida:
Un residuo con una alta variabilidad en su composición
La termogasificación del rechazo de Ecoparque:
EL RETO
Punto de llegada:
Un gas de síntesis (SG) estable en contenido i flujo
fuerte entropía
desentropización eficiente y fiable
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Con elementos de arqueología…
industrial no lo podremos hacer…
La clave para que el proceso sea eficiente: “3 concept zone…”
Real-time product gas analysis
Data indicates variations from standard
Software determines required adjustments
Digital signals sent to system controls
Key operating elements adjusted
Minutes of output mixed before use
La clave para que el proceso sea fiable:
… un sistema inteligente para controlar el proceso de termogasificación con plasma
La clave para que el proceso sea ambientalmente positivo : “… todo el flujo gaseoso se convierte en syngas…,
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Un proceso de innovación hecho paso a paso y en
equipo…
Un proceso de ecoinnovación hecho paso a paso: Los fundamentos
Una visión: convertir de manera eco eficiente los residuos en nuevos recursos
Mucha paciencia, ilusión y esfuerzo: Tecnología básica desarrollada en los 70 en el ámbito aeroespacial
Cinco años para dar el salto de una ciencia madura (20 años) a una realidad técnica industrial y empresarial
Inversión realizada: +50 MM
Un accionariado adecuado para un proyecto global:
HERA PLASCO Una realidad empresarial Hispano-canadiense
Co-desarrollo tecnológico
Un proceso de ecoinovación hecho paso a paso (2): Simulador del proceso de atomización
NRC HYSYS PLATAFORMA DE SIMULACIÓN
SIMULADOR DEL PROCESO
DE ATOMIZACIÓN CON PLASMA
Entradas
Tipo de residuo
Composición química
Características termoquímicas
Porcentaje de humedad
Ratio de alimentación
Aditivos
Salidas
Características de operación
Rendimiento alcanzado
Características de diseño
Características del gas producido
Niveles de emisión
Energía recuperable
Subproductos
Diseño óptimo económico Proceso interactivo de optimización
Planta y residuos específicos
Maximización de la energía recuperada
Minimización de las emisiones
Minimización del capital de O y M
Un proceso de ecoinnovación hecho paso a paso (3):
Modelización T y cinemática en el interior reactor
Un proceso de ecoinovación hecho paso a paso(4):
una planta piloto de pruebas y calibración
HERA Plasma Castellgalí, España
Pruebas de obtención de gas de síntesis en la planta piloto
Tipo de residuos tratados
• Residuos urbanos • Residuos sanitarios • Escorias de la fabricación de
aluminio • Materiales que contienen amianto • Rechazo de la industria papelera • Automóvil, Fibra • Suelos contaminantes • Lotes industriales
• Biomasa
• Goma de neumático
• Cocaína
• Residuos con alto contenido en metales
• Fluorescentes
• Residuos de la industria de explosivos
• Residuos industriales peligrosos
- PCB
• Cenizas de incineradora
Un proceso de ecoinnovación hecho paso a paso (5) :
Una planta industrial de demostración
Trial road ( Ottawa, Canada)
TRIAL ROAD (Ottawa, Canada)
Planta de tratamiento de rechazo de RSUs.
Capacidad: 85-100 toneladas/día
Superficie : 2 Ha
Energía neta producida: 4 MW
(conexión a la red, pudiendo abastecer el equivalente a 3.600 hogares)
miento de rechazo de RSUs.
100 toneladas/díaaaaaaa
a
oducida: 4 MW
TRIAL ROAD, en construcción a –30º C !
TRIAL ROAD:
sistema de control del proceso de termogasificación con plasma
TRIAL ROAD Una planta con 2 instalaciones diferenciadas:
Conversión del residuo en gas de síntesis y acondicionamiento
Transformación del gas de síntesis en vector eléctrico
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Las plantas del futuro
&
Planta de Los Ángeles (EEUU) Propuesta finalista
Balance de masas
150 Kg. vitrocerámica
763 l agua/vapor
5 Kg. de azufre
1,3 Kg. metales y partículas
1 tn de residuo
BALANCE ENERGÉTICO OTTAWA 225Tn/DÍA Generación Neta de energía 12083 kW
Waste 9,375 Tn/h
Energy supplied
Plasma Generator 1406 kW Other equipment 1406 kW
2 bar
17 bar 204ºC
Cyclone
Syngas recovery boiler
Engine
Gas cleaning
system
Smoke recovery
boiler
Turbine
Escape
12352 kW
2543 kW
Condesed to boilers
Combined Cycle
Steam
Planta comercial tipo Capacidad: 68.000 t/año de rechazo de RSU Energía neta: 12083 Kw.
Planta comercial tipo:
Recuperación energética eco eficiente de los residuos
• Eficiencia del moto-generador: 35%
• Eficiencia adicional del ciclo combinado: 7%
• Total: 42%. Producción conjunta: 1.150 kWhe/t
Viabilidad económica de la explotación
. Tipping fee ( 60-70 /tn )
. Prima eléctrica ( >7 céntimos /Kwh ) (o equivalente en créditos CO2) . TIR de proyecto ( >10%)
Emisiones a la atmósfera
Impacto ambiental mínimo
No hay emisiones a la atmósfera que no
sean las de los motores
La calidad de las emisiones de los motores cumple sobradamente con los
estándares canadienses, americanos y
europeos.
La reducción en volumen es de 125:1
Outputs de la planta
Gas de síntesis
Vitrificados (150kg/t)
(Pulverizado lixivia menos que un envase de
vidrio)
Sales de azufre (5kg/t)
Vapor
Aguas
Aguas residuales depuradas para vertido a cauce
Filtros de carbón activo (trazos de metales 1kg/t)
Cuando las comparaciones son… inevitables… EFICIENCIA Y SOSTENIBILIDAD
Issue Waste incineration
(electric)
Coal (standard
combustion)
Diesel (no cogen)
Natural Gas Landfill or AD Biogas (no cogen)
PlasmaGP Gas
(with comb. cycle)
Renewable or fossil fuel feedstock R F F F R R
Conversion efficiency comparing the low heating value of the fuel (similar sized facilities)
19-25% 28-39% 30-39% 43-62% 37-40% 42-45%
Renovable, está bien,... pero que sea eficiente y útil!
Superior Compliance in Electricity Generation
Our synthetic gas Produced from refining MSW in a closed to atmosphere process (non-polluting) Fuels gas turbines or reciprocating engines (exhaust gases below environmental emission limits)
Entire process is self-powering, and uses less than 25% of the electricity it generates
Displaces energy currently produced by nuclear, coal and other fossil fuels
Cleaner right out of the gate Energy is required to extract coal and fossil fuels from ground and deliver it to power plants GHG savings on full lifecycle comparison with conventional alternative incremental electricity
Plasma
Eficiencia 42-45%
1.150 kWh/t
Energía química
Residuo ->0
Conversión sin emisiones
Input CSR de rechazo TMB con especificaciones
Eficiencia 19-25%
500 kWh/t
Energía térmica
Cenizas (3%), escorias (20%)
residuos incremados ( 4% )
6.500 Nm3/t por la chimenea
Sólo fracción resto indiferenciada
Incineración
Cuando las comparaciones son… inevitables…
Comparación de procesos
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CICLO ENERGÉTICO DE LA CONVERSIÓN CON PLASMA VS LA INCINERACIÓN DE RESIDUS
PCI (kWht/t) 4600
CONVERSIÓN INCINERACIÓN
Sensible Entalpía Eléctrica Sensible Entalpía Eléctrica PRETRACTAMENT 1,00 1,00
PIRÒLISI 0,15 0,85
DESINTEGRA (G.SINT.) 0,23 0,80 0,93
REC.CALOR 0,05
MOTOR TERM 0,30
POSTCOMB 0,03
GASOS 0,66 0,96
CALDERA 0,59 0,86
C.VAPOR 0,13 0,21
TOT.C.VAPOR 0,18 0,21
TOTAL ELECTR. 0,47 0,21
HERA PLASCO Otras aplicaciones en proceso de desarrollo
Residuos Industriales Especiales
Residuos de papelera
Afinación de gas de síntesis de biomasa, para fabricar BTL. Obtención de metanol, SNG i H2. I aplicaciones térmicas locales.
Residuos clínicos
Vitrificación de inertes: Aluminio potliner, cenizas de incineración, asbestos
Conclusiones
1. Biogasificación y termo gasificación, dos caras de la misma moneda
2. Después del biogás, ahora toca allanar el camino del gas de síntesis:
Homologación como un producto Inclusión en el régimen especial eléctrico
3. La manera de hacer recuperación energética ecoeficiente, pasando por un vector estándard
4. Igual que existen los reciclajes en producción y en rellenos, también hay dos recuperaciones energéticas:
la clásica: combustión directa con ciclo de vapor y la de los combustibles recuperados normalizados, como el Gas de Síntesis,
Estamos llegando al final del sueño, Al inicio de una nueva (H) ERA:
La Conversión del rechazo del tratamiento de residuos en gas de síntesis y
vitrocerámica
La Valorización quasiAbsoluta!
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No es necesario deshojar la margarita
para apostar por el gas de síntesis
Muchas gracias,
Jordi Gallego Consejero Director General HERA Holding
