Techno-economic analysis of waste plastic pyrolysis to Diesel process

Plastic pollution is increasingly set to become a vital factor in the environment. For past years, there has been a rapid development in waste plastic disposal technologies. Plastic to fuel technology by pyrolysis has been gaining attention due to its potential of converting waste to a valuable product. Previous work has been limited to the technology side of the pyrolysis. Throughout this paper, technological, legal, and economic assessments are synthesized to evaluate the economic attractiveness of the process by evaluating its profitability. Based on a review of the literature on laboratory and commercial scale processes, a configuration for waste plastic to fuel plant, which is constituted by pretreatment of waste plastic, reactor, separation of products and combustion chamber, is simulated at steady-state condition. The treated plastic is melted in an extruder and fed to the reactor where gas products head toward the fractionation section. The product is fractionated to have diesel-like fuel. A part of the gas byproduct from the column is burned to provide heat to the process. According to simulation, the utilities and size of the equipment are presented. A business model of 20 years for the plant, with 26 ton/day capacity, is developed by the market prices of the day and the internal rate of return and the net present value is found as 10.2% and 2 MM€, consecutively. A sensitivity analysis is carried out to observe the effect of uncertainties based on the reactor cost and the market prices such as incentives, fuel prices and waste plastic costs. From the analysis, resulting IRR is in the range 1.3/19.3% and NPV is inside the range -7/11 MM€.

L’inquinamento da materiale plastico sta diventando sempre più un fattore centrale delle tematiche e politiche ambientali. Negli ultimi anni si è verificato un rapido sviluppo delle tecnologie di smaltimento della plastica. La tecnologia plastic-to-fuel via pirolisi sta quindi via via guadagnando attenzione grazie alla sua capacità di convertire e valorizzare un rifiuto in un prodotto nobile. Lo scopo di questo studio è appunto verificare tale tecnologia da un punto di vista economico e di redditività. Lo stato dell’arte si limitava all’analisi dal lato tecnologico. Questo lavoro sintetizza infatti una valutazione di fattibilità tecnologica, legale ed economica attraverso cui valutare la sua profittabilità. Partendo da una review bibliografica riguardo i processi su scala laboratorio e commerciale, una possibile configurazione impiantistica di plastic-to-fuel è stata simulata in condizioni stazionarie. Il processo consta principalmente di pretrattamento, reattore di pirolisi, separazione dei prodotti e camera di combustione. Il rifiuto plastico pretrattato è alimentato fuso al reattore tramite un estrusore, i cui prodotti in fase vapore proseguono alla sezione di separazione. Il prodotto è separato per distillazione ottenendo come prodotti principali un combustibile diesel-like e un light-oil. Una parte dei gas non condensati viene bruciata per fornire calore necessario al processo endotermico di pirolisi. Lo studio include i consumi di utilities e il design preliminare con stima di costo degli apparecchi. È stato inoltre sviluppato un modello economico per una capacità di 26 ton/giorno, in uno scenario di costi unitari e incentivi tipici del mercato italiano. Il tasso interno di rendimento (IRR) e il valore attuale netto (NPV) risultano rispettivamente 10.2% e 2 MM€. È stata inoltre sviluppata un’analisi di sensitività per verificare la profittabilità al variare di incertezze quali il costo del reattore e parametri economici fondamentali come incentivi, prezzi dei prodotti e prezzo della materia prima. Da tale studio risulta che l’IRR si colloca nel range 1.3/19.3% e l’NPV nel range -7/11 MM€.