Resumen de calificaciones

Transcripción

Tecnología de gasificación por plasma de
Westinghouse
Abril de 2015
Información confidencial
Tabla de contenidos
1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 6. 6.1. 6.2. 7. 7.1. 7.2. 8. 9. 9.1. 9.2. 9.3. 10. Resumen ejecutivo ......................................................................................................................... 3 Lista de abreviaturas ...................................................................................................................... 4 Introducción .................................................................................................................................... 5 Introducción a la gasificación por plasma y al plasma ................................................................... 7 ¿Qué es el plasma? .................................................................................................................... 7 ¿Qué es la gasificación por plasma? .......................................................................................... 8 La gasificación por plasma Westinghouse - Antecedentes y experiencia comercial ................... 11 Historia de Westinghouse Plasma Corporation y la tecnología de plasma Westinghouse ...... 11 Instalaciones comerciales ......................................................................................................... 13 Retirado Plantas ........................................................................................................................ 18 Plantas de demostración ........................................................................................................... 19 Instalaciones en etapa de puesta en marcha / construcción .................................................... 22 Verificación por terceros de tecnología de gasificación por plasma Westinghouse ................. 28 Comparación entre gasificación por plasma de WPC y otras opciones de tratamiento de
residuos ........................................................................................................................................ 32 Beneficios/ventajas de la tecnología de gasificación por plasma de Westinghouse ................ 32 Comparación entre gasificación por plasma de WPC y otras opciones de tratamiento térmico37 Modelos de gasificador y capacidades de las plantas gasificadoras ........................................... 43 Modelos de gasificador por plasma Westinghouse ................................................................... 43 Producción de energía por modelo de gasificador .................................................................... 44 Alcance de los servicios de suministro y soporte técnico de Westinghouse Plasma Corp. ........ 45 Planta típica de gasificación por plasma ...................................................................................... 46 Introducción ............................................................................................................................... 46 Resumen del proceso de la planta ............................................................................................ 46 Ejemplo de entradas y salidas de la planta IPGCC .................................................................. 48 Ejemplos de economía de una planta .......................................................................................... 50 Resumen de calificaciones
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1. Resumen ejecutivo
En Westinghouse Plasma Corp ("WPC"), nuestra visión es "proporcionar la
plataforma líder de tecnología para la conversión de los desechos del mundo
en energía limpia para un mundo sano". Estamos trabajando para dejar obsoletos
los vertederos y reemplazar la incineración como el proceso principal para el
tratamiento térmico de residuos.
Vamos por buen camino. La tecnología de WPC opera en tres plantas de referencia
y en cuatro plantas nuevas que están en construcción, incluyendo dos plantas de
residuos municipales de mil toneladas por día y una planta de residuos municipales
650 toneladas por día. Una planta de gasificación de plasma de WPC es más
eficiente y más ecológica que una planta de incineración de vanguardia.
En el resto de este documento, se presentan en detalle las calificaciones de WPC y
los méritos de la tecnología de gasificación por plasma de WPC.
3
2. Lista de abreviaturas
Air Products
Alter
APCI
TTA
Cd
Cl
CO
VC
IPC
H2
Residuos
peligrosos
Hg
RCGV
GPICC
JWRF
Kaidi
kPa
kWh
MEPL
MJ
MWh
Nm3
O2
Pb
CUER
S
tpd
tpa
PEH
WPC
Zn
Air Products and Chemicals, Inc.
Alter NRG
Air Products and Chemicals, Inc.
Tratamiento termal avanzado
Cadmio
Cloro
Monóxido de carbono
Valor calorífico
Ingeniería, procedimiento y construcción
Hidrógeno
Desechos peligrosos
Mercurio
Recuperación de calor generador de vapor
Gasificación por plasma integrada de ciclo combinado
Fundación de Investigación de Residuos del Japón
Wuhan Kaidi Holding Investment Company Ltd.
Presión kilopascal
Kilovatio hora
Maharashtra Enviro Power Ltd.
Megajulio
Megavatio hora
Metro normal cúbico
Oxígeno
Plomo
Certificados de utilización de energía renovable
Azufre
Toneladas por día
Toneladas por día
Precipitador electrostático húmedo
Westinghouse Plasma Corporation
Zinc
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3. Introducción
Westinghouse Plasma Corp proporciona tecnología para convertir una amplia variedad
de flujos de residuos en un gas de síntesis limpio que además se puede transformar en
otras formas de energía.
Nuestra tecnología de gasificación de plasma se utiliza en todo el mundo en tres
instalaciones comerciales que procesan residuos municipales, residuos peligrosos y
lodos de depuración. Air Products y Chemicals Inc. ("Air Products"), una compañía
Fortune 500 de gas industrial, adquirió gasificadores de plasma de Westinghouse
Plasma Corp para usarla en las 2000 toneladas diarias (600.000 toneladas anuales) en
la planta que están construyendo en el noreste de Inglaterra.
Nuestra solución de gasificación por plasma es ideal para una serie de flujos de
residuos, incluyendo:






Residuos sólidos urbanos
Residuos comerciales
Residuos industriales
Residuos petroquímicos
Residuos medicos
Ceniza del incinerador
El gas de síntesis limpio, producido por nuestra planta de gasificación por plasma se
puede convertir en una amplia variedad de productos de energía incluyendo:
5



Electricidad, a través de turbinas de gas y motores alternativos y en el futuro,
baterías de combustible
Calor y vapor, y
Combustibles líquidos incluyendo:
o Etanol
o Combustible de avión
o Diesel y nafta
o Metanol
o Propanol
Nuestra visión es proporcionar la plataforma líder de tecnología para la conversión de
los desechos del mundo en energía limpia para un mundo sano.
Somos el líder indiscutible en el mercado de gasificación por plasma, en virtud de las
tres plantas comerciales que utilizan nuestra tecnología. Ninguna otra compañía de
gasificación por plasma tiene la tecnología que se utiliza comercialmente para procesar
grandes cantidades de residuos.
Nuestro objetivo es desplazar a la incineración como el método más común para
procesar térmicamente los residuos, no solo por los beneficios económicos asociados
con una mayor eficiencia y productos finales de mayor valor, sino también por los
beneficios ambientales. La gasificación por plasma está destinada a convertirse en la
mejor tecnología disponible para el tratamiento de los residuos.
Westinghouse Plasma Corp. es una subsidiaria de propiedad total de Alter NRG, una
empresa canadiense que cotiza en la Bolsa de Valores de Toronto (símbolo comercial
NRG).
La tecnología de gasificación por plasma de Westinghouse es la
tecnología clave para la conversión de residuos en productos
energéticos valiosos.
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4. Introducción a la gasificación por plasma y al plasma
4.1.
¿Qué es el plasma?
En el nivel más elemental, el plasma es solo energía térmica a muy alta temperatura.
En la naturaleza, el plasma es producido por un rayo cuando se sobrecalienta el aire
alrededor del rayo convirtiendo el aire en plasma con una temperatura de
aproximadamente 20.000 ºC. Debido a que el plasma se comporta de manera diferente
de los tres estados comunes de la materia; sólido, líquido y gas, a veces se conoce al
plasma como el cuarto estado de la materia.
Westinghouse Plasma Corp crea plasma con sus sistemas de plasma de antorcha.
Creamos arcos eléctricos, similares a los rayos, dentro de nuestras antorchas al
empujar el aire a través de los arcos para crear plasma. El plasma, con temperaturas
próximas a 5000 °C, es controlado y dirigido en nuestro gasificador.
Las antorchas de plasma son dispositivos sofisticados pero su objetivo es simple: son
dispositivos
de
calefacción
de
alta
temperatura.
7
4.2.
¿Qué es la gasificación por plasma?
Un gasificador por plasma es un recipiente privado de oxígeno (anóxico) que se hace
funcionar a las muy altas temperaturas que se logran con plasma. Debido a que el
entorno en el interior del recipiente se ve privado de oxígeno, la materia prima que se
procesa en el gasificador no se quema. Más bien, el calor rompe la materia prima en
elementos como el hidrógeno y compuestos simples como el monóxido de carbono y
agua. El gas que se crea se llama gas de síntesis o "syngas".
La mayoría de las materias primas, incluyendo los residuos sólidos urbanos, contienen
componentes orgánicos e inorgánicos. Los componentes orgánicos se convierten en
gas de síntesis. Los componentes inorgánicos, como vidrio, metal y hormigón, se
funden en el interior del reactor y fluyen hacia fuera de la parte inferior, como escoria
vitrificada fundida no tóxica, que puede ser utilizada con seguridad como agregado. En
la Sección 8 se entrega una descripción más técnica y detallada, del proceso de
vitirificación y gasificación.
El calor de los sistemas de la antorcha de plasma y el tiempo de residencia
relativamente largo en el gasificador aseguran la destrucción completa de la materia
prima y permiten el procesamiento de la materia prima de alta humedad o materia prima
que contiene altos niveles de materiales inertes como vidrio y metales.
El gas de síntesis creado en el gasificador, que contiene polvo (partículas) y otros
elementos indeseables como el mercurio, se somete a un proceso de limpieza para que
sea adecuado para la conversión en otras formas de energía como electricidad, calor y
combustibles líquidos. El proceso de limpieza del gas de síntesis está diseñado para
satisfacer los requisitos de cada proyecto. Pero en la mayoría de los casos,
especialmente cuando los RSU son la materia prima, la limpieza del gas de síntesis,
incluye la eliminación de partículas, la separación de azufre y mercurio/eliminación de
los metales pesados.
8
La gasificación por plasma difiere de la gasificación de no-plasma en un área clave: la
temperatura. Los gasificadores no-plasma funcionan típicamente entre 800 °C y
900 °C. Las temperaturas en el interior del gasificador por plasma de Westinghouse
pueden llegar a más de 3000 °C. El gas de síntesis sale del gasificador a 950 °C. La
escoria fluye hacia fuera del gasificador a 1650 °C. Las temperaturas más altas dentro
de nuestro gasificador por plasma dan como resultado una completa destrucción de
alquitranes, algo que no se puede lograr con tecnologías no-plasma. No es factible
eliminar del procesamiento los alquitranes del gasificador y por lo tanto la utilidad de los
gases de síntesis producidos por gasificación de no-plasma es muy limitada. Puede
quemarse inmediatamente pero no puede ser acondicionado para uso en turbinas de
gas y motores alternativos o para la conversión en combustibles líquidos.
En la Sección 5 se muestra una comparación más completa de la tecnología de
gasificación por plasma Westinghouse frente a la incineración y a otras tecnologías de
gasificación.
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En resumen, el gasificador por plasma de Westinghouse permite la conversión de
materias primas difíciles como los residuos municipales sólidos en un gas de síntesis
limpio que es adecuado para usar en equipos sofisticados como turbinas de gas de alta
eficiencia o tecnologías de líquidos combustibles de nueva generación. En un futuro
próximo, se espera poder elaborar baterías de combustible con gas de síntesis a partir
de nuestro gasificador.
Westinghouse Plasma Corp tiene experiencia en ambos
sistemas de plasma de antorcha y de gasificación por plasma.
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5. La gasificación por plasma Westinghouse - Antecedentes y
experiencia comercial
5.1.
Historia de Westinghouse Plasma Corporation
tecnología de plasma Westinghouse
y la
La tecnología de plasma de Westinghouse Plasma Corporation se desarrolló durante un
período de más de 30 años y con más de USD100 millones en financiamiento para
investigación y desarrollo de Westinghouse. La tecnología de WPC se desarrolló
inicialmente en colaboración con la NASA para usarla en el programa espacial Apolo
para simular la reentrada de vehículos espaciales en condiciones de más de 5.500 °C
(10,000 °F). Entre 1983 y 1990, Westinghouse y el Electric Power Research Institute
(EPRI) desarrollaron un reactor usando plasma para la recuperación de chatarra
fragmentada. Entre 1988 y 1990, Westinghouse extendió la tecnología de plasma
cúpula para el tratamiento de residuos peligrosos incluyendo material de vertedero
contaminado, herramientas eléctricas contaminadas con PCB, transformadores y
condensadores y los residuos de la industria siderúrgica.
A mediados de los años 90, WPC en cooperación con Hitachi Metals llevaron a cabo un
programa de investigación y desarrollo y un programa de pruebas piloto para confirmar
la capacidad de la cúpula de plasma para tratar residuos sólidos urbanos (RSU) y otros
materiales de desecho para producir un gas de síntesis que podría ser utilizado en una
planta de energía para la producción de vapor y electricidad. Se realizó una serie de
pruebas en el WPC Plasma Center en Madison, Pensilvania usando una variedad de
materia prima y a diferentes contenidos de humedad. El éxito de estas pruebas
proporcionó la base técnica para el diseño e instalación de una planta piloto de
gasificación de RSU de 24 ton/día en Yoshii, Japón.
Los esfuerzos combinados de Hitachi Metals y WPC culminaron en una demostración
para el Gobierno japonés de que la instalación Yoshii WTE era capaz de utilizar la
energía de plasma para gasificar de forma fiable y económica los materiales de desecho
para la producción de energía. En septiembre de 2000, la Fundación para la
Investigación de Residuos del Japón (JWRF) otorgó un proceso de certificación de la
tecnología y nació el gasificador por plasma de Westinghouse.
Las lecciones aprendidas en Yoshii se aplicaron a las instalaciones a gran escala en
Mihama-Mikata y Utashinai Japón, ambas comenzaron su operación comercial en 2002
y 2003. La experiencia adquirida en las dos instalaciones japonesas se utilizó para
crear el gasificador de próxima generación que fue encargado en 2009 por SMSIL en
Pune, India. Esa planta trata los residuos peligrosos de más de 40 industrias diferentes.
Más recientemente, Air Products compró dos reactores de gasificación por plasma de
Westinghouse para la planta de Air Products de 1000 toneladas por día que se
construirá en el noreste de Inglaterra.
La Figura 5.1 ilustra la historia comercial de la tecnología de Westinghouse Plasma
Corp.
11
La Figura 5.1 ilustra la historia comercial de Westinghouse Plasma Corp.
12
GTS, con sede en China, completó a principios de 2014, la construcción de una planta
de gasificación de plasma que procesará una mezcla de cenizas volátiles de incinerador
y residuos peligrosos, incluidos desechos médicos. La planta se encuentra actualmente
operando bajo sus criterios de diseño.
En diciembre de 2011, Wuhan Kaidi Holding Investment Co., Ltd. (Kaidi) inició la
construcción de un nuevo parque tecnológico en Wuhan, China. Las instalaciones
incluyen una instalación de demostración de gasificación de plasma de 150 toneladas
diarias comprado a WPC que se utilizará para procesar residuos de biomasa y
posiblemente MAM (metros de agua marina) para la conversión de energía y
combustibles líquidos. A finales de 2014, Wuhan Kaidi finalizó la compra de Rentech,
una de las principales empresas de tecnología líderes a pequeña escala de Fischer
Tropsch ("FT"). Kaidi se encuentra instalando la tecnología de Rentech en su parque
tecnológico y espera tener una planta completamente operativa que gasificará biomasa
residual y convertir el gas de síntesis a pies cúbicos líquidos a finales de 2015.
5.2.
Instalaciones comerciales
La Tabla 5.1 a continuación proporciona un resumen de las instalaciones donde se ha
implementado y se implementará la tecnología Westinghouse Plasma. En las secciones
siguientes se da una explicación más detallada de cada planta.
Instalaciones operativas
MihamaMikata
Ubicación
Mihama,
Japón
Maharashtra
Enviro
Power Ltd
(MEPL)
Pune, India
Kaidi Sunshine
Energy Park
Wuhan, Hubei,
China
Wuhan Kaidi
150
24
SMSIL
72
20 tpd - RSU
4 tpd - lodos
de depuración
Desechos
peligrosos
varios
Residuos de
madera mixta
Fecha de
puesta en
marcha
2002
2009
Cuarto trimestre 2012
Rendimient
oy
configuraci
ón
Calor Caldera
Potencia Caldera
Etanol Catalizador
Propietario
Capacidad
(tpd)
Materia
prima
Nuevas instalaciones
Shanghai
Chengtoun
(Shanghai
Ambiental)
Shanghai,
Jinagding, China
GTS
30
Planta para la
energía
renovable de
Tees Valley
Tees Valley,
Inglaterra
Air Products
1000
GES
600
Desechos
médicos/cenizas
volátiles de
incinerador
1er trimestre de
2014 - en
operación
comercial
Vapor y escoria
inerte (ecológico)
RSU
organizados
MSW (Residuos
solidos urbanos)
2014
2017
Potencia Ciclo
combinado
Energía - Ciclo
combinado
Bijie City Green
Environmental
Energy Limited
Bijie City, China
Tabla 5.1 - Resumen de las instalaciones operativas y nuevas instalaciones
Mihama-Mikata, Japón
La planta de Mihama-Mikata procesa 20 toneladas por día de RSU de los municipios de
Mihama y Mikata. También procesa 4 tpd de lodos de depuración. El gas de síntesis
se usa para producir calor que se utiliza para secar el lodo de aguas residuales, por lo
que puede gasificarse.
13
Toda la escoria de la planta de Mihama-Mikata se utiliza beneficiosamente como
agregados para hormigón o adoquines.
La planta cumple uniformemente con los requisitos de emisiones.
Figura 5.2 - Mihama Mikata planta de gasificación por plasma
MEPL, Pune, India
La planta MEPL procesa desechos peligrosos procedentes de más de 30 industrias en
la India. El propietario de la planta, SMSIL, es socio de WPC y en conjunto, las
empresas ofrecen gasificación por plasma en el mercado indio.
Al igual que la planta de EcoValley, WPC tiene acceso a los datos operativos y al
personal de funcionamiento en la planta. SMSIL también hace que la planta se
14
encuentre disponible para ciertos clientes de WPC para la realización de pruebas piloto
y ensayos de optimización. Es el acceso a este tipo de información lo que permite a
WPC acelerar la optimización de su tecnología, otra ventaja que tiene WPC sobre sus
competidores.
Figura 5.4 - MEPL, planta de gasificación por plasma de residuos peligrosos
15
Planta de demostración del incinerador de cenizas volátiles/desechos médicos de
GTS
En 2014, GTS Shanghai, una empresa china, terminó la construcción de una planta de
demostración de residuos peligrosos en Shanghai Chengtoun (Shanghai ambiental) en
Jiangding. La planta utilizará el diseño del reactor de plasma Westinghouse incluyendo
sistemas de antorcha de plasma Westinghouse. El proyecto procesa una combinación
de desechos médicos y cenizas volátiles de incinerador, y se centra en la efectiva y
eficiente gestión de eliminación de desechos médicos y sus posibles riesgos
ambientales y peligros para la salud pública. Dado que las cenizas volátiles de
incinerador constituyen un problema de eliminación cada vez mayor en China, estas se
han convertido en una preocupación ambiental de alta prioridad para el gobierno chino.
La planta está ubicada de forma adyacente a un incinerador ya existente, está diseñada
para procesar 30 tpd de desechos médicos, cenizas de incineración y otras materias
primas residuales difíciles y peligrosas. La planta producirá vapor para uso en todo el
equilibrio de la instalación de procesamiento y a su vez, convertirá las peligrosas
cenizas de incineración en escoria respetuosa con el medio ambiente, lo que reduce los
costos de eliminación de cenizas volátiles y aumenta la eficiencia global.
El sistema integrado es flexible y participará en varios métodos de control, tratamiento y
eliminación de residuos, como la reutilización, el reciclado, la esterilización y el depósito
en vertederos para minimizar los impactos ambientales y sanitarios de los residuos.
La inauguración tuvo lugar en el primer trimestre de 2014 y numerosas empresas chinas
y europeas ya han visitado la planta.
Westinghouse Plasma Corp. y GTS Energy han firmado un acuerdo conjunto de
desarrollo y comercialización cuyo objetivo es proporcionar a los clientes de todo el
mundo una solución para las cenizas volátiles y los residuos peligrosos. Bajo los
términos del acuerdo:




Westinghouse Plasma Corp. suministra el paquete de equipamiento de
ingeniería para la isla de gasificación
Westinghouse Plasma Corp. fabrica y proporciona las antorchas de plasma
GTS Energy fabrica e integra los componentes restantes de la planta
Westinghouse Plasma Corp. y GTS comercializan y venden conjuntamente la
solución a nivel mundial
La solución llave en mano de Westinghouse plasma - GTS Energy es modular, rentable
y flexible en su aplicación
Opción #1 - Residuos a vapor

El gas de síntesis se quema en una cámara secundaria para crear vapor a
presión (~8000 lbs/hora a 300 psig)
Opción #2 - Desechos a gas de síntesis
16

El gas de síntesis caliente se alimenta al incinerador adyacente aumentando la
temperatura de funcionamiento de la incineradora (ayuda a destruir furanos y
dioxinas potenciales) y la energía de salida total.
Opción #3 - Desechos a energía

El gas de síntesis se quema en una cámara secundaria para crear energía en
una turbina
Planta GTS, Shanghai, China
17
5.3.
Retirado Plantas
EcoValley – Utashinai, Hokkaido, Japón
La planta de EcoValley, que está localizada cerca de la pequeña localidad de Utashinai
en el área rural de la isla de Hokkaido, puede procesar hasta 220 tpd de RSU
preorganizado. La planta cuenta con dos trenes gasificadores capaces de procesar
110 toneladas por día cada uno.
La planta funciona actualmente a menos de su capacidad debido a la escasez de
materia prima disponible.
WPC ha tenido la suerte de tener acceso a los datos operativos y al personal de
operación de la planta. Hitachi Metals, los operadores de la planta, modificaron y
optimizaron el gasificador durante los primeros años de su funcionamiento. Esta
experiencia comercial ha sido incorporada en el diseño del gasificador de nueva
generación que ha comenzado a ser ofrecido por WPC y adquirido por Air Products. En
comparación, los competidores de WPC están luchando por construir sus primeras
plantas de referencia.
La planta cumple uniformemente con los requisitos de emisiones.
Figura 5.3 - EcoValley planta de gasificación por plasma
18
5.4.
Plantas de demostración
Planta de demostración comercial de WPC - Madison, Pensilvania, EE.UU.
Hasta finales de 2014, Westinghouse Plasma Corp tuvo la propiedad y operaciones de
una instalación de demostración situada cerca de Madison, Pensilvania, EE. UU. El
reactor de demostración se construyó en 1984 y ha sido el hogar de innumerables
pruebas de gasificación. Con la incorporación de la tecnología de gasificación de
Westinghouse Plasma en plantas comerciales de referencia exitosas, se consideró que
la planta de demostración en Madison era redundante, así que se retiró.
Uno de nuestros clientes, Coskata, el propietario de una tecnología que convierte el gas
de síntesis en etanol, completó dos años de exitosas pruebas en nuestra planta de
demostración. WPC gasificó residuos de madera y residuos sólidos municipales para
crear gas de síntesis que Coskata convirtió exitosamente en etanol.
Nuestra planta de demostración incluye equipos de limpieza de gas dentro del proceso
y monitoreo de última tecnología en tiempo real de la composición del gas. Existen tres
sistemas de alimentación distintos a través de los cuales, casi cualquier sólido o líquido
puede alimentar al gasificador. WPC tiene la capacidad de un modelado predictivo, que
incluye el equilibrio de la planta, a través de software de simulación de VMG.
WPC ha gasificado una amplia gama de materias primas en su planta de demostración
que incluyen:












Residuos sólidos urbanos
Combustible derivado de residuos
Residuos de construcción y demolición
Residuos peligrosos, incluidos los residuos contaminados con PCB y los lodos
de sedimentos de puertos
Residuos de lodos de agua
Residuos de madera y virutas de madera limpia
Bagazo
Material de vertedero excavado
Neumáticos
Residuos de trituración de automóviles (también conocidos como pelusas de
autos)
Aceite pesado
Ceniza de incinerador
WPC continúa perfeccionando su núcleo de antorcha de plasma y su tecnología de
gasificación en base a los resultados obtenidos en su planta de demostración y la
experiencia en los centros en operación.
19
Planta de demostración
20
En el Anexo 1, se muestra el diagrama de flujo del bloque de proceso para la planta de
demostración.
Planta japonesa de demostración comercial - Yoshii
Basándose en el éxito de sus esfuerzos de desarrollo conjuntos con WPC, Hitachi
Metals construyó una planta comercial de gasificación por plasma de demostración de
24 tpd en Yoshii, Japón, en 1999. Hitachi Metals operó la planta durante un año con
materia de residuos sólidos urbanos y obtuvo una certificación de la Fundación de
Investigación de Residuos del Japón (JWRF).
La certificación de JWRF y su traducción en inglés figuran en los Anexos 1 y 2.
Hitachi Metals aprovechó el éxito de la planta en Yoshii y lo replicó en las dos plantas
comerciales en Mihama-Mikata y Utashinai, Japón.
21
5.5.
Instalaciones en etapa de puesta en marcha / construcción
Planta de energía renovable de Tees Valley
Air Products está finalizando la construcción de la instalación de energía renovable
Tees Valley #1. Air Products compró a WPC el generador de gas, un G65, para la
planta y la operación comercial está prevista para el año 2015. WPC proporcionó el
generador de gas al emplazamiento a principios de 2013.
En noviembre de 2013, Air Products adquirió un gasificador G65 para el segundo
proyecto (Tees Valley #2), que se construirá adyacente al primer proyecto y que entrará
en operación comercial en 2016. Air Products inició la construcción de la Tees Valley
#2 a principios de 2014.
Cada instalación Tees Valley procesará 1.000 tpd de residuos sólidos urbanos
preclasificados y producirá electricidad a través de una configuración de isla de ciclo
combinado. Una isla de energía de ciclo combinado es la combinación de una(s)
turbina(s) de gas, un generador de vapor de recuperación de calor y una turbina de
vapor y se considera la tecnología más eficiente para la conversión de gas a energía.
Las emisiones de la isla de potencia serán muy similares a las de una planta tradicional
de quemado de gas natural de ciclo combinado. Air Products ha recibido la aprobación
ambiental del Gobierno del Reino Unido.
22
Ubicación del sitio para la planta de Air Products de Tees Valley - NE de Inglaterra
Generador de gas de Westinghouse Plasma en el sitio de Tees Valley #1 – Vista aérea.
23
El reactor G65 y los módulos auxiliares y de control, destinados para el sitio de Tees
Valley, están listos para ser cargados en buques en el sudeste asiático donde
Westinghouse Plasma Corp. fabricó los equipos.
24
La imagen en la parte superior izquierda, es el reactor de gasificación al ser colocado en
su estructura de apoyo.
25
Planta de residuos de madera de Wuhan Kaidi
En diciembre de 2011, Wuhan Kaidi, una empresa energética china de gran
envergadura, inició la construcción de un nuevo parque tecnológico en Wuhan, China.
Las instalaciones incluyen un generador de plasma de 150 toneladas diarias comprado
a WPC. La instalación de Kaidi procesará biomasa residual y, posiblemente, metros de
agua marina, para su conversión en energía y combustibles líquidos.
El plan de negocios de Kaidi incluye la construcción de numerosas instalaciones de
capacidad superior a 800 toneladas por día de biomasa.
Ubicación del centro de Wuhan Kaidi
26
Planta de desperdicios a energía de Bijie City Green Environmental Energy
Limited (GES)
En febrero de 2014, Alter NRG firmó acuerdos con Bijie City Green Environmental
Energy Limited ("GES") para proporcionar una solución de gasificación de plasma
Westinghouse. Se espera que el proyecto sea una planta de 600 toneladas por día, que
producirá 15 MW de electricidad a partir de residuos sólidos urbanos de la ciudad de
Bijie, China. Este proyecto ha sido designado oficialmente como un proyecto clave por
el gobierno provincial de Guizhou, debido a los beneficios ambientales previstos.
El proyecto ha progresado de manera constante a través del desarrollo de negocios y
permisos ambientales. El proyecto ha obtenido la aprobación de la provincia y está a la
espera de las aprobaciones finales de la República Popular de China que se esperan en
el segundo trimestre de 2014. Después de la primera puesta en marcha, prevista para
mediados de 2016, BGE tiene la intención de duplicar la capacidad de la planta
mediante un segundo gasificador.
Planta GES, Bijie, China
27
5.6.
Verificación por terceros de tecnología de gasificación por
plasma Westinghouse
La tecnología de gasificación por plasma Westinghouse ha sido revisada y aprobada
por expertos independientes de la industria como una tecnología de conversión de
residuos técnicamente sólida y superior para el medio ambiente. A continuación se
proporciona un resumen de seis revisiones.
SWECO completó un informe en 2013, "Gasificación por plasma – Tecnología de
avanzada". En esos informes, realizados para un cliente de SWECO, SWECO
concluyó:
Estado de la tecnología
Empresa
Energía por Plasma Avanzada
(APP, en inglés)
Alter NRG
Europlasma (potencia de CHO)
InEnTec
Plasco
Solena
Tecnología sin plasma
Capacidad/proc
eso de la planta
Demostración piloto
No
Demostración del sistema
comercial
comercial
Demostración
SÍ
No
No
No
No
comercial
Proceso diferente,
alimentación más
restrictiva
Nota: Permiso para usar la tabla suministrada por el cliente de SWECO
Metso
Kevin C. Whiting realizó recientemente un informe titulado "Un informe sobre el estado
de la técnica de las tecnologías de la energía de los residuos" y en ese informe incluyó
la siguiente tabla donde se comparan los líderes en la tecnología de gasificación por
plasma que se enfocan en la energía de los residuos.
Estado del proceso
Energía de los residuos / Combustible
derivado de residuos
Demostración
Empresa
Energía por Plasma Avanzada (APP, en
inglés)
Alter Nrg (Westinghouse)
Índice de eficiencia energética
Europlasma
InEnTec
Plasco
Pirogénesis
Comercial
Demostración
Demostración
Demostración
Demostración
Piloto
28
Solena
Startech
Concepto
Concepto
La tecnología de Westinghouse Plasma ha sido revisada por varias otras empresas
externas. A continuación, se incluye un resumen de siete reseñas.
Credenciales
Empresa
Revisión de los resultados de
WPC
SWECO ofrece servicios de
consultoría calificados con
un contenido de alto
conocimiento en toda la
cadena del proyecto del
cliente, como por ejemplo
estudios de factibilidad,
análisis y planificación
estratégica para la
ingeniería, diseño y gestión
de proyectos. SWECO es
uno de los actores más
grandes de Europa y líder
en varios segmentos del
mercado en la región
nórdica y central y en
Europa Oriental.
El gasificador de arco de plasma
de Alter NRG deriva del horno
cubilote de fundición de hierro. El
oxígeno suministrado a la cama
quema el combustible y el coque,
lo que proporciona calor para el
proceso. Los generadores de
plasma en la parte inferior del
reactor aumentan la temperatura
aún más para que se derrita la
ceniza residual y
pueda aprovecharse como una
escoria.
R.W. Beck es un grupo de
consultores de empresas de
base tecnológica al servicio
de las organizaciones y las
infraestructuras públicas y
privadas en todo el mundo
R.W. Beck revisó la tecnología de
gasificación por plasma de WPC
para la planta de energía de
adaptación y las aplicaciones de
RSU y no identificó retos técnicos
importantes y opinó que "la
tecnología de plasma parece ser
un buen método de gasificación de
materias primas orgánicas y de
producción de gas combustible
compatible con la combustión de
caldera" y "la revisión no identificó
mayores problemas de diseño".
ENSR, una división de
AECOM, es un proveedor
global de servicios
ambientales y de desarrollo
de energía
ENSR - AECOM llevó a cabo una
revisión de ingeniería que verificó
que las emisiones supuestas de
WPC de una instalación de 750
tpd de RSU de gasificación por
plasma de ciclo combinado WTE
estarán por debajo de los límites
de emisión para Norteamérica El
informe confirma que el
29
tratamiento de residuos a través
de gasificación por plasma
redunda en "niveles de emisión
muy inferiores a los procesos
masivos de incineración".
AMEC proporciona soporte
científico, ambiental, de
ingeniería y gestión de
proyectos en más de 30
países
AMEC/BDR concluyó memorandos
de base de diseño que incluyen
diagramas de flujo de procesos
completos y estimaciones CAPEX
para tres configuraciones
diferentes de las instalaciones:
ciclo combinado, ciclo de vapor y
gas de síntesis.
Golder Associates
proporciona servicios de
consultoría
civiles/geotécnicos y
ambientales en todo el
mundo
Golder Associates revisó los datos
de emisiones de Utashinai y
Mihama-Mikata, y confirmó que las
plantas existentes operan por
debajo de los límites de emisiones
reguladas en Japón, así como por
debajo de los estándares de
Norteamérica
Shimadzu Techno Research
es un proveedor de
servicios de investigación
de análisis en salud, medio
ambiente y mercados de
prueba de productos y
materiales
Shimadzu Techno Research ha
probado escoria de la instalación
de gasificación por plasma Mikata
Mihama en Japón. Los resultados
de este estudio mostraron que la
composición de la escoria
vitrificada se considera inerte y no
contamina el suelo o el agua
potable.
30
Juniper Consultancy es
reconocido como uno de los
principales analistas
independientes de las
tecnologías emergentes en
el campo de la gestión de
residuos
Juniper llevó a cabo una revisión a
fondo de la tecnología de
gasificación por plasma
Westinghouse y la tecnología en
aplicación en las instalaciones de
Mihama-Mikata y Utashinai WTE.
Juniper reconoce estas
instalaciones como "las únicas
instalaciones comerciales de
gasificación por plasma del
mundo, en el procesamiento de
RSU". Juniper reconoce la
tecnología de gasificación por
plasma del Alter
NRG/Westinghouse, como la
mejor probada, por sobre sus
competidores directos y señala
que Alter NRG se convertirá en el
líder mundial en el diseño y
suministro de sistemas basados en
plasma.
Westinghouse Plasma Corp sigue basándose en su experiencia
comercial con el fin de mejorar su oferta de productos y
minimizar el riesgo técnico para sus clientes.
31
6. Comparación entre gasificación por plasma de WPC y otras
opciones de tratamiento de residuos
6.1.
Beneficios/ventajas de la tecnología de gasificación por
plasma de Westinghouse
Optimiza los ingresos por la tasa de entrada (cuota de vertedero) e
ingresos por producción de energía
A diferencia de la tecnología de incineración típica que puede procesar solamente RSU
y materias primas similares, un gasificador por plasma de WPC puede procesar casi
cualquier materia prima incluyendo tanto sólidos como líquidos. Además de que puede
procesar una mezcla de materias primas. Los propietarios del proyecto pueden
optimizar sus flujos de ingresos mediante la determinación de la correcta combinación
de materias primas basadas en el poder calorífico y la tarifa de ingreso.
Además, mientras haya una flexibilidad incorporada en los sistemas de manipulación de
materias primas, los propietarios de las instalaciones de gasificación por plasma,
pueden cambiar durante la vida útil de la planta, los materiales de alimentación para
aprovechar las materias primas con tarifas de ingreso más altas.
En muchos mercados, la gasificación por plasma, especialmente en combinación con
turbinas de gas o motores alternativos, pueden acogerse a los incentivos de energía
verde. En el Reino Unido, Air Products recibirá dos certificados de obligación
renovables (ROC) por cada MWh producido en las instalaciones de Tees Valley.
Reducción del riesgo de puesta en marcha y funcionamiento
WPC está instalando su gasificador de cuarta generación en el proyecto Tees Valley de
Air Products. Se han experimentado y resuelto los problemas normalmente asociados
con el funcionamiento de la tecnología de primera generación. La mayoría de los
competidores directos de WPC aún no ha instalado su tecnología por primera vez en
sus instalaciones comerciales. La experiencia de WPC durante la puesta en marcha y
las operaciones en las instalaciones anteriores, al igual que en la planta de Hitachi
Metals EcoValley en Japón, se traducirá en un plazo más breve de puesta en marcha y
una mayor disponibilidad para los clientes durante los primeros años de operación.
WPC continuará ganando experiencia en la puesta en marcha y funcionamiento de la
instalación Tees Valley y de la planta Kaidi una vez que las plantas entren en
funcionamiento.
Reducción del tiempo de obtención de permisos y gastos
La tecnología de WPC, en una solicitud de ciclo combinado o de motor alternativo,
cumplirá con todos los requisitos de la Directiva de la UE de incineración de residuos,
según lo evidenciado por el recibo por parte de Air Products de un permiso ambiental de
32
la Agencia Ambiental del Gobierno del Reino Unido. Además, la tecnología califica
como tratamiento térmico avanzado (ATT) y por lo tanto recibe un trato preferencial
sobre las tecnologías que no son ATT, como la incineración.
33
Desempeño ambiental superior
Los beneficios ambientales de una planta de gasificación por plasma incluyen:
 Menores emisiones
 Uso benéfico de bioproductos y una reducción o incluso la eliminación en la
cantidad de material que en última instancia debe ser depositado en vertederos
 Baja huella de gases de efecto invernadero
Cada uno se explica en detalle en las secciones siguientes.
Menores emisiones
Una planta de ciclo combinado de gasificación por plasma o planta de motor de
alternativo es completamente diferente a una planta de incineración desde una
perspectiva de emisiones. Donde la tecnología de incineración literalmente quema los
RSU para producir energía, la tecnología de WPC usa calor extremo para descomponer
los residuos sólidos urbanos a sus constituyentes moleculares, incluyendo monóxido de
carbono e hidrógeno, los dos elementos básicos del gas de síntesis. En una aplicación
de ciclo combinado o de motor alternativo, el gas de síntesis se limpia a una
especificación similar a la del gas natural. Es este gas de síntesis limpio el que se
quema en una turbina de gas o motor alternativo para producir energía. Las emisiones
de este tipo de planta serán muy similares a las de una central eléctrica a gas natural.
Consulte la Tabla 6.3 para ver una comparación de las emisiones entre una planta de
poder de ciclo combinado de gasificación por plasma y una planta de incineración.
El gas de síntesis, después de la limpieza, puede cumplir las siguientes
especificaciones. Es posible cumplir con especificaciones más estrictas si es necesario.
Especificaciones
Azufre
<200 ppm en peso
Metales alcalinos
<1 ppm en peso
Metales volátiles
<1 ppm en peso
Halógenos
<1 ppm en peso
Material particulado
<20 ppm en peso
Valor calorífico del gas de síntesis
7-12 MJ/Nm3
Tabla 6.1 - Especificaciones del gas de síntesis después de la limpieza
ENSR/AECOM, una empresa de servicios de desarrollo global de energía y medio
ambiente, proporcionó la siguiente evaluación:
34
La planta de gasificación por plasma de WPC de 750 tpd WTE, “generará una
producción sustancial de energía renovable a partir flujos de residuos postconsumo que normalmente tendrían que ser depositados en rellenos sanitarios,
mientras que proporcionará control de última tecnología de las emisiones de:
 Dióxido de azufre (SO2)
 Gases ácidos tales como cloruro de hidrógeno (HCl) y fluoruro de hidrógeno
(HF)
 Óxidos de nitrógeno (NOx)
 Mercurio (Hg)
 Partículas (PM, PM10 y PM2,5) incluyendo metales pesados distintos al
mercurio
 Compuestos orgánicos volátiles (COV) que incluyen dioxinas, furanos e
hidrocarburos poli-aromáticos
"Estas emisiones serán sustancialmente menores que la tradicional quema
masiva o los procesos de combustible derivado de residuos de uso común en los
residuos de la industria de la energía. La desviación de los RSU de los rellenos
sanitarios de residuos urbanos (donde se forma el metano, potente gas de efecto
invernadero) dará lugar a importantes reducciones netas de las emisiones de gases
de efecto invernadero como equivalentes del CO2. Dado que las materias primas
orgánicas propuestas son flujos de residuos post-consumo, el proyecto representa
un recurso limpio y renovable de energía sostenible".
Subproductos beneficiosos frente a las cenizas de fondo de horno y cenizas
volátiles
Una planta de gasificación de WPC produce escoria vitrificada como un subproducto.
La escoria es inerte y segura de usar como agregado o en otras aplicaciones. La
escoria no contamina el suelo ni el agua potable. La escoria de la planta de Mihama
Mikata ha sido probada con respecto a varias normas incluidas las JLT-46, NEN-7341 y
análisis TCLP. Estas pruebas fueron realizadas por dos laboratorios independientes:
Shimadzu Techno-Research Inc. y ALS Laboratory Group. Los resultados muestran que
los componentes de la escoria de Mihama-Mikata, están por debajo de los límites de
detección de las pruebas y la escoria se considera no lixiviante. A continuación se
muestra un gráfico que ilustra algunos de los resultados de las pruebas JLT-46:
Escoria vitrificada no lixiviante: Resultados JLT-46 de la escoria de Mihama
Mikata
Metales pesados
Unidades
Método límite
de detección
Promedio medido
Valor de la escoria
Límite JLT-46
Arsénico
mg/l
0,001
<0,001
0,01
Cadmio
mg/l
0,001
<0,001
0,01
Cromo VI
mg/l
0,005
<0,005
0,05
Plomo
mg/l
0,001
<0,001
0,01
Mercurio
mg/l
0,0001
<0,0001
0,005
Selenio
mg/l
0,001
<0,001
0,01
35
Notas:
1) mg/l - partes por millón
2) JLT -46 llevado a cabo por Shimadzu Techno Research Inc. en muestras de escoria
de Mihama Mikata.
Tabla 6.2 - Resultados de pruebas de escoria de JLT
El cien por ciento de la escoria de la planta de Mihama Mikata se utiliza como agregado
para productos de hormigón.
Una planta de gasificación por plasma de WPC también produce partículas que se
eliminan del flujo del gas de síntesis del gasificador. Sin embargo, el material en
partículas puede reciclarse de nuevo en el gasificador para su destrucción y por lo tanto
no se convierte en un subproducto que tiene que ser eliminado.
En lugar de escoria, las plantas de incineración producen cenizas de fondo y cenizas
volátiles. La ceniza volátil requiere disposición especial y en muchas jurisdicciones se
consideran residuos peligrosos.
Suponiendo que el material particulado se recicla de nuevo en el gasificador, solo
alrededor del 2% al 4% del material que se introduce en una planta de gasificación por
plasma de WPC tiene que enviarse al vertedero. Comparativamente, cerca de un 20%
a un 30% de los residuos tratados en un incinerador debe enviarse al vertedero.
Uno de los clientes de WPC planea crear un aislamiento de espuma en vez de escoria.
El aislamiento será un producto incombustible de alto valor adecuado para aplicaciones
industriales.
Menor huella de gases de efecto invernadero
Scientific Certification Systems ("SCS"), una consultora independiente, elaboró un
informe en 2010 que comparó las emisiones de gases de efecto invernadero de una
planta de energía de ciclo combinado de gasificación por plasma, frente a las emisiones
producidas por una instalación de incineración de última tecnología y un relleno
sanitario con instalaciones de captación de energía.
En su informe SCS señala:
"Los resultados de este análisis muestran que el ciclo de gasificación por plasma
combinado ("PGCC") proporciona las menores emisiones de gases de efecto
invernadero de los sistemas evaluados para la eliminación de residuos". En la
Figura 6.1, en el estudio SCS, se muestra una comparación de las emisiones de
gases de efecto invernadero procedentes de los tres escenarios, además de las
emisiones de gases de efecto invernadero de la planta de tecnología de ciclo
combinado de quema de gas natural.
El estudio de SCS también llegó a la conclusión de que las emisiones de gas del
ciclo de vida de efecto invernadero eran casi equivalentes a las de la planta de
última tecnología de ciclo combinado de gas natural.
36
Reducción de las emisiones, reducción de las cantidades de desechos sólidos que
deben ser depositados en vertederos y reducción de las emisiones de efecto
invernadero; la gasificación por plasma tiene mejor desempeño ambiental en todas
las áreas."
Notas:
1) Carga acumulada de GEI por veinte años durante cuatro opciones de generación de
energía.
2) Resultados comparados sobre una base de 1.000.000 MWh.
3) Consejo coordinador de energía de la región Noreste. Cero en el eje Y representa
las emisiones medias de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas por
1 millón de MWhs en la región.
Figura 6.1 - Resultado del estudio SCS de emisiones de gases del ciclo de vida de
efecto invernadero
6.2.
Comparación entre gasificación por plasma de WPC y
otras opciones de tratamiento térmico
Comparación con la incineración
La Tabla 6.3 detalla los numerosos beneficios de la gasificación por plasma
Westinghouse frente a la incineración para el tratamiento de los RSU.
37
Gasificación por plasma de
Westinghouse
Incineración
Flexibilidad de
la materia
prima
Capacidad para mezclar materias
primas como
 RSU
 Desechos industriales
 Desechos comerciales e
industriales
 Desechos peligrosos
 Desecho de neumáticos
 Combustibles de biomasa
(como residuos de madera)
RSU y otros flujos de
residuos comunes
Combustible
creado
Gas de síntesis (monóxido de
carbono e hidrógeno)
no aplicable
Oportunidades
del producto
final
 Sustitución de combustible por
gas natural y aceite combustible
 Electricidad a través del ciclo de
vapor
 Alimentación a través de ciclo
combinado o motores
alternativos
 Alimentación a través de
baterías de combustible (futuro)
 Proceso de vapor
 Combustibles líquidos (etanol,
biodiesel)
 Hidrógeno
 Compuestos de fertilizantes
Electricidad a través del
ciclo de vapor
Proceso de vapor
Ciclo de proceso
combinado: 1 tonelada
de residuos sólidos
urbanos genera entre
500-650 kWh de
electricidad
Eficiencia
global de la
planta
Ciclo de proceso combinado: 1
tonelada de residuos sólidos
urbanos es capaz de crear 1.000
kWh de electricidad a través de la
configuración de ciclo combinado
Emisiones
Ciclo de proceso combinado:
 Óxido de nitrógeno (NOx): <36
ppmvd
 Dióxido de azufre (SO2): <1,05
ppmvd
 Mercurio (Hg) <1,4 μg/dscm
 Óxido de nitrógeno
(NOx): 110-205
ppmvd
 Dióxido de azufre
(SO2): 26-29 ppmvd
 Mercurio (Hg) 28-80
μg/dscm
Dioxinas y
furanos
Temperatura de funcionamiento
elevada (> 1.000 °C), en relación
con un entorno privado de oxígeno
destruye cualquier dioxinas/furanos
La presencia de
oxígeno, cloro y material
particulado, crea las
condiciones adecuadas
38
Subproducto
que pueden estar presentes en la
materia prima, y elimina la
posibilidad de la creación de
dioxinas/furanos. El rápido
enfriamiento del gas de síntesis a
través de agua de refrigeración,
impide la síntesis de novo de
dioxinas y furanos.
para la formación de
dioxinas y furanos.
Escoria vitrificada inerte, no
peligrosa y no lixiviante, vendible
como un producto agregado de la
construcción o lana de roca
Cenizas volátiles y
residuos peligrosos
depuradores más
cenizas de incinerador
La mayoría del material particulado
recuperado durante la limpieza del
gas de síntesis es reciclable
Tabla 6.3 - Gasificación por plasma Westinghouse vs. Incineración
Comparación con otras tecnologías de gasificación por plasma
Westinghouse
Otras tecnologías de plasma
Plantas
comerciales de
referencia
Tres referencias comerciales.
Otras dos en construcción.
La mayoría no tienen
plantas comerciales de
referencia.
Experiencia
operativa
Más de diez años
Ninguna, excepto que
algunos competidores
tienen experiencia en
pequeñas plantas de
demostración
Planta de
demostración
Sí, hasta 50 toneladas por día
Algunos competidores
tienen una planta de
demostración. Algunos
son a escala de
laboratorio. Algunos
competidores no tienen
una planta de
demostración.
Diseño del
gasificador por
plasma
Diseño simple de recipiente único
La mayoría de los
competidores emplean un
diseño de múltiples pasos.
39
Tecnología de
antorcha de
plasma
30 años de experiencia.
Desarrollado y de propiedad de
Westinghouse Plasma Corp.
Debe adquirirse. Sin
experiencia en antorchas
de plasma.
Escala
Hasta 1000 tpd en un solo
recipiente. Alimentación continua.
Hasta 150 tpd para
algunos competidores.
Algunos competidores
utilizan alimentación por
lotes.
Tabla 6.4 - Gasificación por plasma Westinghouse vs. otras tecnologías de plasma
40
Comparación con otras tecnologías de gasificación de no-plasma
Las ventajas de la gasificación por plasma de Westinghouse frente a las tecnologías de
gasificación por plasma son bastante similares a los beneficios o a nuestra tecnología
frente a la incineración.
Westinghouse
Tecnologías de gasificación
no-plasma
Calidad del gas
de síntesis
Gas de síntesis libre de alquitrán
adecuado para limpieza conforme
a especificaciones que requieren
las turbinas de gas, motores
alternativos, tecnologías de
combustibles líquidos y baterías
de combustible.
El gas de síntesis debe
quemarse inmediatamente
antes de ser limpiado.
Flexibilidad de
materia prima
Capacidad para mezclar materias
primas como
 RSU
 Residuos industriales
 Desechos comerciales e
industriales
 Desechos peligrosos
 Desecho de neumáticos
 Combustibles de biomasa
(como residuos de madera)
Capacidad limitada para
procesar flujos de residuos
distintos de los RSU.
Oportunidades
del producto
final
 Sustitución de combustible por
gas natural y aceite
combustible
 Electricidad a través del ciclo
de vapor
 Alimentación a través de ciclo
combinado o motores
alternativos
 Alimentación a través de
baterías de combustible
(futuro)
 Proceso de vapor
 Combustibles líquidos (etanol,
biodiesel)
 Hidrógeno
 Compuestos de fertilizantes
41
Temperaturas más bajas
limitan la flexibilidad de
materia prima
Electricidad a través del
ciclo de vapor
Proceso de vapor
Subproducto
Escoria vitrificada inerte, no
peligrosa y no lixiviante, vendible
como un producto agregado de la
construcción o lana de roca
Similar a la incineración las peligrosas cenizas
volátiles y residuos
depuradores más cenizas
de fondo.
La mayoría del material
particulado recuperado durante la
limpieza del gas de síntesis es
reciclable
Tabla 6.5 - Gasificación por plasma Westinghouse vs. tecnologías de no-plasma
La tecnología de Westinghouse Plasma Corp aumentará los
ingresos, reducirá los riesgos operativos y proporcionará un
mejor comportamiento ambiental en comparación con otras
tecnologías. Somos la única empresa con plantas comerciales
de referencia; tres y dos más en construcción.
42
7. Modelos de gasificador y capacidades de las plantas
gasificadoras
7.1.
Modelos de gasificador por plasma Westinghouse
WPC tiene tres tamaños estándar de gasificadores por plasma. La Tabla 7.1 muestra la
capacidad típica y otra información para cada modelo.
Modelo
de
gasificad
or
G65
W15
P5
Capacidad (tpd)
Materia
prima
Aire
soplado
Baj
Alt
o
o
Gas de
síntesis
produci
do
(Nm3/hr)
Oxígeno
soplado
Baj
Alt
o
o
100 100
0
0
RSU
540
620
Residuo
s
peligros
os
430
720
830
100
0
RSU
120
140
240
290
Residuo
s
peligros
os
100
160
190
300
RSU
40
50
80
100
Residuo
s
peligros
os
30
50
60
100
Diámetr
o
superio
r
Dimensiones
(Metros)
Altura
Diámetr
del
o
recipien
inferior
te
Altura
instala
da 3
65.000
9
4
24
30
15.000
6
2,5
15
18
5.000
4
2
10
13
Notas:
1) Rango de valor calorífico de RSU (V.C.): 9,3 a 14,0 MJ/kg (4.000 – 6.000 BTU/lb)
Base HHV
2) Rango V.C. de residuos peligrosos: 14,0 a 23,3 MJ/kg (6.000 - 10.000 BTU/lb) Base
HHV
3) Brida de salida a nivel del suelo de gas de síntesis. Altura ductos excluidos, ya que
es específico del proyecto.
Tabla 7.1 - Especificaciones del gasificador
43
7.2.
Producción de energía por modelo de gasificador
La tecnología de WPC se puede utilizar en instalaciones que producen electricidad,
combustibles líquidos, calor o gas de síntesis para reemplazar los combustibles fósiles.
La Tabla 7.2 proporciona algunos ejemplos representativos de la producción de energía
que se puede esperar de una planta de gasificación de WPC de procesamiento de RSU
Modelo
de
gasificad
or
Capacida
d (tpd de
RSU)
Gas de
síntesis
producido
(Nm3/hr)
Energía
química
del gas
de
síntesis,
HHV
(GJ/año)
Planta de
ciclo
combinado
(RU brutos
y netos)
FT Líquidos
BPD/BPY
Sustitución
de
combustible
fósil
(barriles/año)
G65
1000
65,000
4.100.000
58/39
785/287.000
670.000
W15
290
15.000
976.000
14/9
188/68.000
160.000
P5
100
5.000
323.000
4,5/3
62/23.000
50.000
Notas:
1) Basado en 14 MJ/kg (6000 BTU/lb) Base HHV
Cuadro 7.2 - Producción de energía típica por modelo de gasificador
Las salidas reales de una instalación de gasificación de WPC dependerán de la carga
de alimentación específica utilizada y la configuración real de la planta.
Los gasificadores se pueden instalar en paralelo para crear una planta con capacidad
para satisfacer cualquier necesidad.
44
8. Alcance de los servicios de suministro y soporte técnico de
Westinghouse Plasma Corp.
La experiencia de Westinghouse Plasma Corp son el gasificador por plasma y sus
subsistemas (se describen más detalladamente en la Sección 9). WPC diseñará,
fabricará y entregará el gasificador por plasma a un cliente.
Mientras que algunos clientes optarán por comprar solo el gasificador por plasma de
WPC, la mayoría de los clientes querrán una solución completa. WPC, conjuntamente
con un socio global de ingeniería, adquisición y construcción ("EPC", por sus siglas en
inglés) puede diseñar y construir una completa planta de gasificación por plasma.
Cada planta de gasificación por plasma es única. WPC, de nuevo en colaboración con
un socio EPC, puede ayudar a sus clientes mediante soporte técnico y comercial
durante el proceso de desarrollo del proyecto. Podemos realizar estudios de factibilidad
en las etapas iniciales y podemos proporcionar los niveles más detallados de ingeniería
(por ejemplo: prediseño de ingeniería inicial y diseño de ingeniería inicial) en etapas
posteriores. WPC también ofrece soporte de puesta en marcha in situ.
WPC cuenta con un equipo técnico talentoso y experimentado. A diferencia de nuestros
competidores, nosotros sí hemos diseñado y puesto en marcha gasificadores de
plasma. Sabemos lo que se necesita para dar soporte adecuadamente a un cliente que
está invirtiendo decenas o cientos de millones de dólares.
WPC ofrece garantías de desempeño en el gasificador por plasma. Nuestros socios
EPC pueden ofrecer garantías de desempeño en plantas completas.
45
9. Planta típica de gasificación por plasma
9.1.
Introducción
En esta sección se ofrece un resumen de los elementos principales del proceso que
componen una central eléctrica de gasificación integrada de ciclo combinado por
plasma (IPGCC) que utiliza los RSU como materia prima. Las instalaciones de energías
renovables de Air Products en Tees Valley se configuran como un IPGCC. Como se ha
descrito anteriormente en este documento, la gasificación por plasma se puede utilizar
para producir gas de síntesis que puede ser acondicionado y luego convertido a
combustibles líquidos o de energía a través de plataformas tecnológicas, como baterías
de combustible o motores alternativos. Para todas estas aplicaciones, la mayor parte
de la planta, la que se dedica a los residuos de procesamiento y fabricación de gas de
síntesis limpio, será muy similar
La figura 9.1 muestra el diagrama de flujo del bloque de procesos para una planta
IPGCC.
9.2.
Resumen del proceso de la planta
Los RSU se entregan a las instalaciones de recepción de la planta que tendrán
capacidad de almacenamiento de varios días. También se entregan a las instalaciones
los otros dos materiales, el coque y el fundente, que alimentan al gasificador
simultáneamente con los RSU. Comúnmente, el material fundente es piedra caliza
molida y su objetivo es promover el adecuado flujo de escoria dentro del gasificador. El
coque forma un lecho dentro del reactor. El uso del coque es típicamente de 1:25 en
función de la masa frente a los RSU. La cantidad de flujo necesaria puede variar entre
0:25 y 2:25 sobre la base de la masa.
Los tres materiales se dosifican en un transportador de carga común que transporta el
material de alimentación al gasificador. Dependiendo del tamaño de los RSU, estos
tienen que triturarse en el sitio, a un tamaño no mayor de 15 cm, aproximadamente,
antes de ser puestos en el transportador de carga.
Dentro del gasificador, la porción orgánica de los RSM se convierte en gas de síntesis.
El gas de síntesis está parcialmente refrigerado con agua atomizada en la parte
superior del gasificador antes de salir del gasificador a una temperatura de
aproximadamente 850 ºC a través de dos boquillas.
El contenido metálico y las cenizas de los RSM forman escoria fundida, que fluye a
través de los orificios de colado en la parte inferior del gasificador. La escoria se
refrigera y se granula después de salir del gasificador. Los gránulos vítreos resultantes
se transportan y cargan en camiones para llevarlos a clientes externos.
El gasificador está equipado con sistemas de antorcha de plasma Westinghouse para
asegurar que las temperaturas internas en el reactor sean suficientes para garantizar la
conversión completa o material inorgánico en gas de síntesis y para fundir todo el
material inorgánico.
46
Figura 9.1 Diagrama de flujo del bloque de procesos de para una planta IPGCC
47
El gas de síntesis se enfría a través de un sistema venturi cáustico de enfriamiento
rápido y un depurador, y luego procede a través de un precipitador electrostático
húmedo (WESP). El propósito principal del venturi de refrigeración y WESP, es eliminar
la materia particulada que se arrastra en el gas de síntesis. El producto refrigerado y el
gas de síntesis libre de partículas continúan a través de una serie de procesos de
limpieza de gas de síntesis para eliminar cloro, azufre, plomo, cadmio, zinc y mercurio.
Las etapas de compresión intermedia y enfriamiento eliminan la humedad del gas.
El gas de síntesis limpio se comprime luego en un compresor de múltiples etapas y se
envía por una turbina de gas para producir energía eléctrica. El calor del gas de la
turbina de combustión se recupera mediante un generador de vapor de recuperación de
calor ("HRSG"). El vapor procedente de la caldera de recuperación se combina y se
envía por una turbina de vapor de múltiples etapas para generar energía.
Alternativamente, el gas de síntesis limpio se puede utilizar en motores alternativos para
generar energía o puede convertirse en combustibles líquidos utilizando una serie de
tecnologías de conversión disponibles.
9.3.
Ejemplo de entradas y salidas de la planta IPGCC
La Figura 9.2 proporciona y ejemplifica las entradas y salidas de una planta IPGCC de
1000 TPD que procesa RSU.
Como se muestra en la Figura 9.5, una planta IPGCC que procesa 1000 tpd de RSU
produce alrededor de 49 MW de energía. También se producen alrededor de 250 tpd de
escoria que se pueden vender como agregado. Un adicional de 20 tpd de material
particulado grueso que se produce puede reciclarse nuevamente en el gasificador. Las
restantes 20 tpd de material particulado fino, que incluye elementos como cadmio y
mercurio deben desecharse de forma adecuada. En otras palabras, una planta IPGCC
que convertirá 1000 tpd de RSU producirá solo 20 tpd de residuos que requieren de
eliminación a largo plazo. Las otras 980 tpd se convierten en electricidad y productos
beneficiosos.
48
Figura 9.2 - Entradas y salidas para una planta IPGCC de 1000 tpd
49
10.
Ejemplos de economía de una planta
La economía en una planta de gasificación por plasma está en función de numerosos
factores. WPC ha creado una plataforma de modelos económicos de propiedad
exclusiva ("modelo de WPC de determinación de alcance") que se utiliza para ayudar a
los clientes en las primeras etapas de desarrollo del proyecto.
El modelo de WPC de determinación de alcance permite a los clientes a evaluar
rápidamente el impacto de los numerosos cambios supuestos, tales como:
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Capacidad de la planta
Tipo de materia prima (RSU, CDR, neumáticos, residuos eléctricos, residuos de
auto trituradora, etc.)
Tasas de salida (cuotas de vertedero)
Combinaciones de materias primas y tasas de salida
Precios de la energía y/o de los precios de combustibles líquidos
Configuración de la planta (ciclo combinado, motores de vaivén, pies de líquidos,
hidrógeno, gas de síntesis, etc.)
Elección de turbinas de gas (modelos GE y Solar)Incentivos de energía
renovable
Tasas de interés
Niveles de deuda y patrimonio
Factores de instalación específicos a la geografía
Factor de imprevistos
Los resultados del modelo de WPC de determinación de alcance incluyen:
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Costo estimado del capital
Costos estimados de operación
Tasa interna de retorno
Rendimiento de capital
El modelo de WPC de determinación de alcance provee únicamente estimados del
costo de capital y rentabilidad del proyecto orientativos. Su propósito no es proveer
costos y rentabilidad finales. Es una gran herramienta para la ejecución de análisis
"hipotéticos" en las etapas tempranas de desarrollo del proyecto.
50
Anexo 1 - Certificación de la Fundación para el Estudio
de los Residuos del Japón (en japonés)
51
Anexo 2 - Certificación de la Fundación para el Estudio
de los Residuos del Japón (traducción al inglés)
52

Resumen de calificaciones

Transcripción

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